一、转录起始

一、转录起始

目前发现真核生物RNA聚合酶有三种类型，分别称为RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，它们各自转录不同的基因，催化合成不同的RNA。真核生物RNA聚合酶没有原核生物σ因子对应的同源物，本身不能直接识别启动子，必须依赖于被称为转录因子（transcription factors，TF）的蛋白质识别，结合各自的启动子，启动转录。转录因子又称为反式作用因子，按功能特性可分为两类：基本转录因子（general transcription factor）或称为通用转录因子，其作用是将RNA聚合酶与启动子结合到一起，形成转录起始复合物，这是转录起始的基本机制。特异性转录因子（special transcription factor）为特定的基因表达所必需的，决定该基因表达的时间和空间，对特异基因的表达进行精细调控。本节主要介绍通用转录因子的作用，基因特异性转录因子将在真核生物基因表达调控一节中介绍。

RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的转录起始过程各不相同，所识别启动子不同，分别称为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类启动子，并且它们所需的转录因子也不一样。转录因子是按照其辅助的RNA聚合酶分类的，如RNA聚合酶Ⅱ的转录因子称为TFⅡA、TFⅡB……，RNA聚合酶Ⅲ的转录因子称为TFⅢA、TFⅢB……，其中“A”为不同的英文字母，用于区分不同的因子。

基本转录因子与RNA聚合酶和DNA结合形成转录起始前复合物（pre-initiation complex，PIC），转录因子和聚合酶与DNA链紧密结合，在转录起始位点部分解开DNA双链，形成开放的起始复合物。只要有核苷酸存在，这种复合物就可以起始转录。

（一）RNA聚合酶Ⅰ的转录起始

RNA聚合酶Ⅰ在核仁催化45SrRNA的转录，转录产物经切割加工后生成28SrRNA， 18SrRNA和5．8SrRNA。rRNA基因在每个细胞内有成百上千个拷贝，每个拷贝都具有相同的序列，其启动子序列也相同（但在不同的物种之间差异很大）。

人rRNA基因的启动子包括两个元件：核心元件（core element）和上游调控元件（upstream controlelement，UCE），前者位于-45bp～＋20bp，与基因的基础转录有关；后者位于-156bp～-107bp，其作用是提高转录起始效率。两部分序列高度同源，都富含GC碱基对。核心元件和UCE之间的距离十分重要，插入或缺失碱基，启动子强度都会减弱，降低翻译起始效率。

RNA聚合酶Ⅰ需两种转录因子：上游结合因子（upstream binding factor，UBF）和选择因子1（selectivity factor 1，SL1）。UBF为单一的多肽，无物种特异性，其作用是识别、结合UCE和核心启动子上富含GC的序列。SL1具有物种特异性，由4个亚基组成，包括1个TATA盒结合蛋白（TATA box binding protein，TBP）和3个TBP结合因子（TBP-associated factors，TAFⅠs）。转录起始时先由UBF与核心元件及UCE中的GC丰富序列结合，使这两部分靠拢，然后SL1加入并与UBF结合，RNA聚合酶Ⅰ与SL1中的TBP结合形成起始复合物并起始转录（图5-1）。

（二）RNA聚合酶Ⅱ的转录起始

RNA聚合酶Ⅱ结合的启动子是Ⅱ类启动子，含有Ⅱ类启动子的基因主要是编码蛋白质的基因和编码snRNA的基因（U6snRNA除外），真核基因组的绝大部分基因都属于这类基因。Ⅱ类启动子通常由TATA盒与上游启动子元件组成（管家基因和同源盒基因不含有TATA盒）。

RNA聚合酶Ⅱ转录前起始复合物中含有RNA聚合酶Ⅱ和7种通用转录起始因子（TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡE、TFⅡF、TFⅡH、TFⅡJ）。TFⅡD是一种多亚基蛋白，由1个TATA盒结合蛋白（TATA binding protein，TBP）和8～10个TBP协同因子（TBP associated factor，TAF）组成，TFⅡD中的TAFs称为TAFⅡs。TBP与核心启动子TATA盒特异性识别、结合，使TFⅡD能准确定位在TATA盒上，完成转录起始的第一步，启动转录前起始复合物的形成。TFⅡF是由两种亚基构成的四聚体，大、小亚基都是RNA聚合酶Ⅱ结合蛋白（RNA polymeraseⅡassociated protein，RAP），大亚基有解链酶活性，小亚基与大肠埃希菌σ因子同源，能与RNA聚合酶紧密结合。TFⅡH是唯一具有独立酶活性的通用转录因子，其功能包括：解链酶活性（促进转录过程中模板的解链）、ATP酶活性（ATP水解释放能量用于DNA解链，聚合酶在模板上移动）和蛋白激酶活性（使RNA聚合酶Ⅱ的最大亚基羧基端结构域CTD磷酸化，使转录起始过渡到转录延伸）。TFⅡB的C端与TFⅡD和DNA的复合物结合，N-端与TFⅡF协同作用募集RNA聚合酶Ⅱ。

Ⅱ类通用转录因子与RNA聚合酶Ⅱ以特定的顺序依次结合，逐渐形成转录前起始复合物。TFⅡD首先与TATA盒结合，然后TFⅡA以及TFⅡB识别并结合于TFⅡD，随后，RNA聚合酶在TFⅡF的辅助下与TFⅡB结合。RNA聚合酶就位后（结合于-34～＋17区域），转录因子TFⅡE、TFⅡH、TFⅡJ加入，形成起始复合物（DABPolFEHJ前起始复合物），并开始转录（图5-2）。转录的起始反应是由RNA聚合酶Ⅱ催化首位和次位NTP的聚合反应，生成第一个磷酸二酯键。

（三）RNA聚合酶Ⅲ的转录起始

RNA聚合酶Ⅲ结合的启动子是Ⅲ类启动子，含有Ⅲ类启动子的基因主要是编码5S rRNA、tRNA、U6snRNA、7SLRNA、7SKRNA等基因。RNA聚合酶Ⅲ启动子比较特殊，结构多种多样，可分为两种类型：一类位于基因的上游，与RNA聚合酶Ⅱ启动子的作用方式相似，含有TATA盒和多个上游启动子元件，7SLRNA、7SKRNA和U6snRNA等基因的启动子都属于这类启动子。另一类位于基因编码区内部，属于内部启动子（internal promoter），tRNA、5SrRNA等基因的启动子属于此类。tRNA的启动子包括A Box和B Box两部分，分别位于＋10～＋20和＋50～＋60的区域。

RNA聚合酶Ⅲ转录因子有三种，即TFⅢA、B和C。TFⅢC负责与A盒和B盒结合，TFⅢB是一种定位因子，TFⅢA仅由一条多肽链组成，含有锌指结构，仅为5SrRNA基因的转录所必需。以tRNA基因的转录起始为例，先由TFⅢC识别并结合B盒，同时延伸到A盒，随后TFⅢB结合在转录起始点周围，RNA聚合酶Ⅲ就位，形成起始复合物并起始转录（图5-3）。