RNAポリメラーゼII

RNAポリメラーゼII（RNAP IIおよびPol II）は、DNAをメッセンジャーRNA（mRNA）およびほとんどの小型核RNA（snRNA）とマイクロRNAの前駆体に転写する多タンパク質複合体です。^{[ 1 ] [ 2 ]}これは、真核細胞の核に存在する3つのRNAP酵素の1つです。^{[ 3 ]} 12個のサブユニットからなる550 kDaの複合体であるRNAP IIは、最も研究されているタイプのRNAポリメラーゼです。上流の遺伝子プロモーターに結合して転写を開始するには、幅広い転写因子が必要です。

初期の研究では、少なくとも 2 つの RNAP が存在することが示唆されていました。1 つは核小体で rRNA を合成するもので、もう 1 つは核の一部であるが核小体の外側にある核質で他の RNA を合成するものでした。 ^{[ 5 ]} 1969 年、生化学者のRobert G. RoederとWilliam Rutter は、合計 3 つの異なる核RNA ポリメラーゼと、核質で何らかの RNA の転写を担う追加の RNAP が存在することを発見しました。^{[ 6 ]}この発見は、 DEAE でコーティングされたセファデックスビーズを使用したイオン交換クロマトグラフィー によって得られました。この技術では、硫酸アンモニウムの濃度を上げることにより、対応する溶出の順序、I、III、III で酵素を分離しました。酵素は溶出の順序に従って、RNAP I、RNAP II、RNAP IIIと命名されました。^{[ 3 ]}この発見は、核質内にRNAP IIとRNAP IIIを区別できる別の酵素が存在することを実証した。^{[ 7 ]}

RNAポリメラーゼII（RNAP2）は、初期伸長中に制御された転写一時停止を起こします。さまざまな研究により、転写伸長の障害が癌、神経変性、HIV潜伏などに関与していることが示されています^{[ 8 ]。}

真核生物のコアRNAポリメラーゼIIは、転写アッセイを用いて最初に精製された。^{[ 10 ]}精製された酵素は通常10～12個のサブユニット（ヒトと酵母では12個）からなり、特定のプロモーターを認識する能力はない。^{[ 11 ]}多くのサブユニット間の相互作用が知られている。^{[ 12 ]}

• DNA指向性RNAポリメラーゼIIサブユニットRPB1は、ヒトではPOLR2A遺伝子によって、酵母ではRPO21によってコードされる酵素です。RPB1はRNAポリメラーゼIIの最大のサブユニットです。最大52個のヘプタペプチド繰り返し（YSPTSPS）からなるカルボキシ末端ドメイン（CTD）を含み、これはポリメラーゼ活性に不可欠です。 ^{[ 13 ]} CTDは、トロント大学のCJ Inglesの研究室とジョンズホプキンス大学のJL Cordenによって最初に発見されました。RPB1サブユニットは、他のいくつかのポリメラーゼサブユニットと組み合わさって、DNAテンプレートがRNAに転写される溝であるポリメラーゼのDNA結合ドメインを形成します。^{[ 14 ]} RPB8と強く相互作用します。^{[ 12 ]}
• RPB2（POLR2B）は、少なくとも他の2つのポリメラーゼサブユニットと組み合わさって、ポリメラーゼ内でDNAテンプレートと新しく合成されたRNAとの間の酵素の活性部位での接触を維持する構造を形成する、2番目に大きなサブユニットである。^{[ 15 ]}
• RPB3 ( POLR2C ) – 3番目に大きなサブユニット。別のポリメラーゼサブユニットであるPOLR2Jとヘテロ二量体を形成し、コアサブアセンブリを構成する。RPB3 は RPB1-5、7、10-12 と強く相互作用する。^{[ 12 ]}
• RNAポリメラーゼIIサブユニットB4（RPB4）はPOLR2D遺伝子^{[ 16 ]}によってコードされており、4番目に大きなサブユニットであり、ストレス保護の役割を果たしている可能性がある。
• RPB5 – ヒトでは、POLR2E遺伝子によってコードされています。このサブユニットの分子は、各RNAポリメラーゼIIに2つ存在します。^{[ 17 ]} RPB5はRPB1、RPB3、およびRPB6と強く相互作用します。^{[ 12 ]}
• RPB6（POLR2F）は、少なくとも他の2つのサブユニットと構造を形成し、DNAテンプレート上で転写ポリメラーゼを安定化させる。^{[ 18 ]}
• RPB7はPOLR2Gによってコードされ、ポリメラーゼ機能の調節に役割を果たしている可能性がある。^{[ 19 ]} RPB7はRPB1およびRPB5と強く相互作用する。^{[ 12 ]}
• RPB8 ( POLR2H ) – サブユニット RPB1-3、5、および 7 と相互作用します。^{[ 12 ]}
• RPB9 – DNAテンプレートがRNAに転写される溝は、RPB9（POLR2I）とRPB1から構成されている。
• RPB10はPOLR2L遺伝子の産物である。RPB1-3および5と相互作用し、RPB3と強く相互作用する。^{[ 12 ]}
• RPB11 – RPB11サブユニット自体は、ヒトでは3つのサブユニット、POLR2J（RPB11-a）、POLR2J2（RPB11-b）、およびPOLR2J3 ^{[ 20 ]}（RPB11-c）から構成されています。
• RPB12 – RPB3と相互作用するのはRPB12（POLR2K）である。^{[ 12 ]}

RPB3はRNAポリメラーゼIIの組み立てに関与している。^{[ 21 ]} RPB2とRPB3のサブコンプレックスはサブユニット合成後すぐに現れる。^{[ 21 ]}この複合体はその後RPB1と相互作用する。^{[ 21 ]} RPB3、RPB5、RPB7は互いに相互作用してホモ二量体を形成し、RPB3とRPB5はRPB9を除く他のすべてのRPBサブユニットと接触することができる。^{[ 12 ]} RPB1のみがRPB5に強く結合する。^{[ 12 ]} RPB1サブユニットはRPB7、RPB10とも接触し、RPB8とはより弱いが効率的に接触する。^{[ 12 ]} RPB1が複合体に入ると、RPB5やRPB7などの他のサブユニットも入ることができ、RPB5はRPB6とRPB8に結合し、RPB3はRPB10、RPB11、RPB12を取り込む。^{[ 12 ]} RPB4とRPB9は、複合体の大部分が組み立てられた後に侵入する可能性がある。RPB4はRPB7と複合体を形成する。^{[ 12 ]}

酵素は毎秒数百万回の反応を触媒することができます。酵素の反応速度は、溶液の状態と基質濃度に依存します。他の酵素と同様に、POLR2 には飽和曲線と最大速度 ( V _max ) があります。POLR2 にはK _m ( V _{max の}半分に必要な基質濃度) とk _cat (1 個の活性部位が毎秒処理する基質分子の数) があります。特異性定数はk _cat / K _mで与えられます。特異性定数の理論上の最大値は拡散限界で、約 10 ⁸～ 10 ⁹ ( M ⁻¹ s ⁻¹ ) であり、酵素と基質の衝突ごとに触媒作用が起こります。酵母では、最大のサブユニットのトリガーループドメインの変異により、酵素の反応速度が変化する可能性があります。^{[ 22 ]}

細菌RNAポリメラーゼは、RNAポリメラーゼIIの近縁種であり、DNAに沿って往復移動することで不活性化状態と活性化状態を切り替えます。^{[ 23 ]} [NTP] _eq = 10 μM GTP、10 μM UTP、5 μM ATP、2.5 μM C​​TPの濃度では、細菌RNAP（RNAポリメラーゼIIの近縁種）の平均伸長速度、ターンオーバー数は約1 bp（NTP）^-1となります。^{[ 23 ]}

RNAポリメラーゼIIは、転写伸長中に広範な共転写一時停止を起こします。^{[ 24 ] [ 25 ]}この一時停止は特にヌクレオソームで顕著であり、ポリメラーゼが転写不能なバックトラック状態に入ることによって部分的に生じます。^{[ 24 ]}これらの一時停止の持続時間は数秒から数分以上まで様々であり、TFIISなどの伸長因子によって長時間の一時停止からの脱出が促進されることがあります。^{[ 26 ]}転写速度は、転写されたヌクレオソームのヒストンがクロマチンから排除されるか、転写中のポリメラーゼの後ろに再挿入されるかに影響します。^{[ 27 ]}

RNAポリメラーゼIIホロ酵素は、生細胞内のタンパク質コード遺伝子のプロモーターにリクルートされる真核生物RNAポリメラーゼIIの一種である。 ^{[ 11 ]}これは、RNAポリメラーゼII、一般的な転写因子のサブセット、およびSRBタンパク質として知られる調節タンパク質から構成される。

ホロ酵素の組み立て過程の一部は、転写開始前に遺伝子プロモーター上で組み立てられるため、転写開始前複合体と呼ばれる。メディエーター複合体は、 RNAポリメラーゼIIと転写因子との間の橋渡し役として機能する。

これは、酵母細胞におけるクロマチン構造とヒストンの翻訳後修飾が、 RNAポリメラーゼIIによる遺伝子転写の調節と記録にどのように役立つかを示すメカニズムの一例の概要である。

この経路は、転写のこれらのポイントにおける調節の例を示しています。

• 前開始段階（Bre1による促進、ヒストン修飾）
• 開始（TFIIHによる促進、Pol IIによる修飾、COMPASSによる促進、ヒストン修飾）
• 伸長（Set2による促進、ヒストン修飾）

これは、プロセスのさまざまな段階を規制措置と呼ぶものです。これらが実際に規制に用いられているという証拠はありませんが、その可能性は非常に高いと考えられます。

RNAポリメラーゼII伸長促進因子は、大きく3つのクラスに分類できる。

1. 薬物／配列依存性の停止に影響を与える因子（様々な干渉タンパク質）
2. クロマチン構造指向因子（ヒストン転写後修飾因子、例：ヒストンメチルトランスフェラーゼ）
3. RNAポリメラーゼIIの触媒作用を促進する因子（様々な干渉タンパク質およびポリメラーゼII補因子；RNAポリメラーゼIIを参照）。

• クロマチン構造指向因子：（HMT（ヒストンメチルトランスフェラーゼ））： COMPASS§† –（Set1に関連するタンパク質複合体） – ヒストンH3のリジン4をメチル化します：転写の抑制/サイレンシングに関与しています。RNAP II内の細胞増殖および転写調節の正常な部分です。^{[ 30 ]}
• Set2 – ヒストンH3のリジン36をメチル化する：Set2はCTDとの直接接触を介して転写伸長の調節に関与している。^{[ 31 ]}（興味深い無関係な例：Dot1*‡ – ヒストンH3のリジン79をメチル化する。）
• Bre1は、ヒストンH2Bのリジン123にユビキチンを付加する（ユビキチン化する）。転写開始前段階に関与し、RNAポリメラーゼIIの結合を可能にする。

酸化的DNA損傷はRNAポリメラーゼII転写を阻害し、鎖切断を引き起こす可能性がある。DNA損傷から保護できるRNAテンプレート転写関連組換えプロセスが報告されている。^{[ 34 ]}細胞周期 のG1/G0期には、細胞は活発に転写されている領域内の二本鎖切断で相同組換え因子の集合を示す。転写はRNAテンプレート相同組換えによるDNA二本鎖切断の修復と連動していると考えられる。この修復プロセスは、RNAポリメラーゼIIによって活発に転写されている遺伝子の二本鎖切断を効率的かつ正確に再結合する。

• 真核生物の転写
• 転写後修飾
• RNAポリメラーゼI
• RNAポリメラーゼIIホロ酵素
• RNAポリメラーゼIII
• 転写（遺伝学）

• 詳細はバークレー国立研究所（Wayback Machineによるコピー）をご覧ください。
• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるRNAポリメラーゼII