転写因子 II B ( TFIIB ) は、RNA ポリメラーゼ IIプレ開始複合体(PIC)の形成に関与する一般的な転写因子であり[ 5 ] 、転写開始の促進に役立ちます。TFIIB は核に局在し、DNA-TBP ( TATA 結合タンパク質) 複合体に結合して安定化させ、RNA ポリメラーゼ II や他の転写因子をリクルートすることで、PIC 形成のための足場を提供します。TFIIB はTFIIB遺伝子によってコードされており[ 6 ] [ 7 ]、古細菌の転写因子 Bと相同性があり、細菌のシグマ因子に類似しています[ 8 ]。
TFIIBは316個のアミノ酸からなる単一の33kDaポリペプチドである。[ 9 ] TFIIBは、 C末端コアドメイン、Bリンカー、Bリーダー、アミノ末端亜鉛リボンの4つの機能領域から構成されている。
TFIIBは転写因子IIDのTATA結合タンパク質(TBP)サブユニット[ 10 ] [ 11 ]およびRNAポリメラーゼIIのRPB1サブユニット[ 11 ]とタンパク質間相互作用を形成する。
TFIIBは、 TATAエレメントに隣接するプロモーターエレメントであるB認識エレメント(BRE)と配列特異的なタンパク質-DNA相互作用を形成する。[ 12 ] [ 13 ]
TFIIBのPIC形成と転写開始のメカニズムには6つのステップがある:[ 14 ]
TFIIBの各機能領域は、RNAポリメラーゼIIの異なる部分と相互作用します。アミノ末端BリボンはRNAポリメラーゼIIのドックドメインに位置し、クレフト内に伸びて活性部位に向かいます。Bリボンを延長するのはBリーダーで、RNA出口トンネルを通ってDNA-RNAハイブリッドの結合部位まで伸び、活性部位に向かいます。BリンカーはBリーダーとBコアの間の領域で、RNAポリメラーゼIIのクレフト内にあり、ラダーとクランプコイルドコイルを通って、RNAポリメラーゼIIの壁の上にあるC末端Bコアに到達します。[ 14 ] [ 15 ] BリーダーとBリンカーは高度に保存された残基で構成されており、RNAポリメラーゼIIトンネルを通って活性部位に向かって配置され、強固な結合を保証します。これらの重要な残基がないと解離が起こります。これらの 2 つのドメインは、RNA ポリメラーゼ II のより柔軟な領域の位置を調整して、DNA の正確な位置決めを可能にし、新しいNTPを新生 RNA 鎖に追加できるようにするとも考えられています。[ 16 ] RNA ポリメラーゼ II に結合すると、B リーダーと B リンカーは RNA ポリメラーゼ II の突出ドメインをわずかに再配置し、必須の 2 番目のマグネシウムイオンが活性部位に結合できるようにします。[ 17 ] β シートと秩序だったループを形成し、転写が開始されたときの構造の安定性に役立ちます。[ 15 ]
開いたコンフォメーションと閉じたコンフォメーションは、DNAの状態と、PIC内で鋳型鎖が非鋳型鎖から分離されているかどうかを示します。DNAが開いてバブルを形成する場所は、Bコア、Bリンカー、Bリーダー、およびRNAポリメラーゼIIの一部によって裏打ちされたトンネルの上にあります。Bリンカーは、DNAが開くポイントと直接整列していることがわかります[ 18 ]。開いた複合体では、2本のDNA鎖の間にあるため、プロモーターの融解に関与していると考えられますが、触媒RNA合成には関与していません。TFIIBは両方のコンフォメーションで同様の構造を維持していますが、DNAが開くと、コアとBリーダー間の分子内相互作用の一部が破壊されます。
DNAが融解した後、転写開始因子(Inr)がDNA上に存在し、RNAポリメラーゼIIによってTSSが認識され、転写が開始される必要があります。これは、DNAを「テンプレートトンネル」に通し、DNAをスキャンしてInrを探し、転写開始部位がRNAポリメラーゼ活性部位によって正しい位置に配置されるようにInrを配置することによって行われます。TFIIBのBリーダーはテンプレートトンネル内に存在し、Inrの位置特定に重要です。Bリーダーに突然変異が生じるとTSSが変化し、その結果、誤った転写が発生します[ 19 ](ただし、PIC形成とDNA融解は依然として起こります)。酵母はこのアライメントの特に良い例であり、酵母のInrモチーフは28位に厳密に保存されたA残基を持ち、オープンコンプレックスモデルでは、相補的なT残基がBリーダーヘリックス内に見られます。このT残基に突然変異が生じると、転写効率が著しく低下し、Bリーダーの役割が強調されます[ 14 ] 。
Bリーダーループは、活性部位におけるNTPを安定化させるだけでなく、その柔軟性により、RNA分子の初期合成中に核酸同士が接触した状態を維持することを可能にする(すなわち、成長中のRNA-DNAハイブリッドを安定化させる)と考えられている。
RNA転写産物が7ヌクレオチド長に達すると、転写は伸長段階に入り、その開始はDNAバブルの崩壊とTFIIBの放出によって特徴づけられる。[ 14 ]これは、新生RNAが6塩基長のときにBリンカーヘリックスと衝突し、さらに12~13塩基長まで伸長するとBリーダーとBリボンと衝突して解離するためと考えられている。[ 17 ] DNA二重らせんも舵の上のBリンカーと衝突する(DNAが二重らせんに巻き戻されることによって引き起こされる)。
TFIIBはBリーダー領域にあるセリン65でリン酸化される。このリン酸化がないと転写開始は起こらない。一般転写因子TFIIHがこのリン酸化のキナーゼとして作用する可能性が示唆されているが、これを裏付けるにはさらなる証拠が必要である。TFIIBは伸長中にRNAポリメラーゼII複合体とともにDNA上を移動しないが、プロモーターと遺伝子の終結部を連結する遺伝子ループ形成に関与していることが最近示唆されている。[ 20 ]しかし、最近の研究ではTFIIBの欠乏は細胞にとって致命的ではなく、転写レベルも大きく影響を受けないことが示されている。[ 21 ]これは、哺乳類のプロモーターの90%以上がTFIIBの結合に必要なBRE(B認識要素)またはTATAボックス配列を含んでいないためである。さらに、TFIIB レベルは細胞の種類や細胞周期のさまざまな段階で変動することが示されており、すべての RNA ポリメラーゼ II 転写に必要ではないという証拠を裏付けています。遺伝子ループ形成は、RNA ポリメラーゼ II の C 末端ドメインにあるリン酸化セリン残基とポリアデニル化因子との相互作用に依存しています。プロモーターとSSu72 やCstF-64などのポリアデニル化因子との相互作用には TFIIB が必要です。遺伝子ループ形成と DNA バブルの崩壊の両方が TFIIB リン酸化の結果であるとも示唆されていますが、この遺伝子ループ形成が転写開始の原因なのか結果なのかは不明です。
RNAポリメラーゼIIIは、 TFIIBと非常によく似た因子であるBrf(TFIIB関連因子)を使用し、これも保存された亜鉛リボンとC末端コアを含んでいます。しかし、構造はより柔軟なリンカー領域で分岐していますが、BrfはBリーダーとBリンカーが存在するのと同じ位置に高度に保存された配列を含んでいます。これらの保存領域はおそらくTFIIBのドメインと同様の機能を果たしています。RNAポリメラーゼIはTFIIBに似た因子を使用しませんが、別の未知の因子が同じ機能を果たしていると考えられています。[ 22 ]細菌系 にはTFIIBの直接の相同体はありませんが、配列類似性はないものの、同様の方法で細菌ポリメラーゼに結合するタンパク質があります。特に、細菌タンパク質σ70 [ 14 ]は、Bリンカー、Bリボン、Bコアと同じ点でポリメラーゼに結合するドメインを含んでいます。これは特にσ3領域と領域4リンカーで顕著であり、DNAをポリメラーゼ活性部位で安定化させる可能性がある。[ 23 ]
最近の研究では、TFIIB レベルの低下は細胞内の転写レベルに影響を与えないことが示されています。これは、哺乳類のプロモーターの 90% 以上が BRE または TATA ボックスを含んでいないためと考えられています。しかし、TFIIB はヘルペスウイルスのin vitro転写と制御に不可欠であることが示されています。これは、TFIIB がサイクリン Aと類似しているためと考えられています。複製を行うために、ウイルスはしばしばサイクリンや他のタンパク質を使用して宿主細胞の細胞周期の進行を阻止します。TFIIB はサイクリン A と類似した構造を持っているため、TFIIB レベルの低下が抗ウイルス効果をもたらす可能性があることが示唆されています。[ 21 ]
研究によると、TFIIBとTBPの結合は、 TBPのポリグルタミン鎖の長さによって影響を受けることが示されています。神経変性疾患に見られるような長いポリグルタミン鎖は、TFIIBとの相互作用を増加させます。[ 24 ]これは、TFIIBが代わりに拡張されたポリグルタミン鎖と相互作用するため、脳内の他のプロモーターへのTFIIBの利用可能性が減少するため、これらの疾患における転写に影響を与えると考えられています。