RNA중합효소IV

RNA polymerase IV

RNA 중합효소 IV(RNAP IV)는 식물의 작은 간섭 RNA(siRNA)를 합성해 유전자 [1][2][3]발현을 억제하는 효소다.RNAP IV는 DNA [4]템플릿에서 RNA를 합성하는 RNA 중합효소라고 알려진 전사의 과정을 촉매하는 효소군에 속합니다.육지 식물의 계통학 연구를 통해 발견된 RNA 중합효소 II 계통학에서 [5]발생한 다단계 진화 과정에서 비롯된 것으로 생각됩니다.이러한 진화 경로는 RNA 중합효소 II와 비슷하거나 동일한 12개의 단백질 서브유닛으로 구성되며 식물 [6]게놈에 특이적이라는 사실에 의해 뒷받침된다.siRNA의 합성을 통해, RNAP IV는 RNA 지향 DNA 메틸화(RdDM)[1][2]로 알려진 과정에서 헤테로크로마틴 형성의 조절에 관여한다.

검출

계통학 연구

현재 연구 중인 RNA 중합효소 IV의 구조 모델로서의 RNA 중합효소 II의 구조.

육지 식물에 대한 계통학 연구는 RNA 중합효소 [5]IV의 발견으로 이어졌다.RNAPIV의 가장 큰(RPD1)과 두 번째로 큰 서브유닛(RPD2)의 분석은 RNAPII [5]유전자의 블라스트 탐색과 유사했다.RPD1과 RPD2의 유전자는 모든 육생 식물에서 발견되었으며, 가장 큰 유전자는 조류 분류군인 Charale에서 발견되었다.단백질의 기원에 대한 추가 분석은 Charales와 육지 식물 및 [5]조류 확산 후에 복제 이벤트가 발생했음을 시사하는 가장 큰 서브유닛의 유전자 복제 이벤트를 나타낸다.구체적으로는 RNAP II에서 가장 큰 서브유닛은 복제 이벤트를 통해 RPD1을 형성하고 RPD2 유전자는 발산에 의해 발생하였다.이러한 중복 현상의 증거는 RNAP IV 유전자가 다단계 과정의 RNAP II 계통 발생에서 나온다는 것을 의미한다.즉, 첫 번째 서브유닛의 확산은 새로운 RNAP의 [5]진화에서 다중의 첫 번째 단계이다.또한 RNAP IV는 최대 서브유닛과 두 번째로 큰 서브유닛 외에 여러 서브유닛을 RNAP II와 공유합니다.이것은 특정 계통의 연속적인 복제 [7]이벤트에 의해서도 제안되고 있습니다.

RNAP IV와 RNAP V의 차이점

Arabidopsis는 두 가지 형태의 RNAP IV를 나타냅니다.이러한 RNAP IVa와 RNAP IVb는 가장 큰 서브유닛에서 다르며 비장화 [8]액션이 있습니다.트랜스포존의 효율적인 소음은 두 가지 RNAP IV 형태를 모두 필요로 하며, 기초 소음에는 RNAP IVa만 필요합니다.이 연구결과는 트랜스포존 [8]메틸화 메커니즘에 대한 두 가지 형태의 요구사항을 제시했다.이후 실험은 한 때 두 가지 형태의 RNAP IV로 생각되었던 것이 실제로는 구조적으로나 기능적으로나 다른 두 가지 [9]중합효소라는 것을 보여주었다.RNAP IVa는 RNAP IV로 지정되었지만 RNAP IVb는 RNAP [9]V로 지정되었습니다.

구조.

RNA 중합효소 IV는 RNA 중합효소 II를 구성하는 12개의 서브유닛과 비슷하거나 동일한 12개의 단백질 서브유닛으로 구성됩니다.RNA 중합효소 V는 RNA II 및 RNA V와 RNA IV 구조를 구별하는 단위는 4개뿐이며,[6] RNA 중합효소 V는 RNA II와 6개씩 차이가 있어 식물에서 RNA IV와 RNA V가 모두 RNA II에서 진화했음을 나타낸다.Arabidopsis에서, 두 개의 독특한 유전자가 RNAP [10]IV와 RNAP II를 구별하는 서브유닛을 암호화하는 것이 발견되었다.가장 큰 서브유닛은 NRPD1(구 NRPD1a)에 의해 부호화되며 두 번째로 큰 서브유닛은 NRPD2에 의해 부호화되어 RNAP [1]V와 공유됩니다.이들 서브유닛은 RNA 중합효소 IV에 의해 생성되는 siRNA의 20~30%를 생성하는 데 필요한 카르복실 말단 도메인(CTD)을 포함하지만 DNA [11]메틸화에는 필요하지 않다.

기능.

RNA 중합효소 IV를 통한 RNA 방향 DNA 메틸화의 단계적 과정을 나타내는 모델.

RNA 중합효소 IV(RNAP IV)가 헤테로크로마틴의 [2]형성을 방해하기 때문에 헤테로크로마틴을 생성한다는 증거가 있다.헤테로크로마틴은 DNA의 침묵된 부분이기 때문에, RNAP IV가 DNA에서 시토신 염기를 메틸화하는 역할을 하는 작은 간섭 RNA(siRNA)의 생산을 증폭할 때 형성된다; 이 메틸화 침묵은 여전히 mRNA로 번역될 [3][12]수 있지만 단백질로 변환되지 않는다.RNAP IV는 식물의 성숙 기간 동안 5S 유전자의 메틸화 패턴을 설정하는 데 관여하며,[13] 결과적으로 식물의 성체 특징을 발달시킨다.

메커니즘

헤테로크로마틴 형성의 첫 단계에서 RNA IV는 RDR2로 알려진 RNA 중합효소와 결합하여 [14]siRNA의 이중가닥 전구체를 만들고, 다음으로 이중가닥 RNA 기판을 슬라이스하는 효소인 DICER-Like Protein 3(DLP3)은 이중가닥 전구체를 각각 [15]뉴클레오티드인 24인 SIRNA로 분해한다.그런 다음 이러한 siRNA는 HUA ENHANCER 1(HEN1)[16]로 알려진 단백질에 의해 3' 말단에서 메틸화된다.마지막으로 이들 메틸화 siRNA는 헤테로크로마틴 [17]생산에 필요한 메틸화를 수행할 수 있는 사일런싱 복합체를 형성하기 위해 아르고나이트-4(AGONA-4)로 알려진 단백질과 복합체를 형성한다.이 과정은 siRNA가 트랜스포존과 [1]DNA의 반복 염기서열을 모두 침묵시킴으로써 이러한 메틸기의 도입으로 RNA 지향 DNA 메틸화(RdDM) 또는 Pol IV 매개 소음으로 언급된다.

규정

SAWADEE HOMODOMAIN HOMOLOG 1(SH1)은 RNAPIV와 상호작용하는 단백질로 메틸화를 통한 조절에 매우 중요하다."SAWADEE" 도메인은 염색질의 히스톤 3(H3) 꼬리 부분에 미메틸화 K4 및 메틸화 K9 변형을 탐색하는 염색질 결합 도메인이기 때문에, SH1은 지정된 "표시된" 세그먼트에서만 염색질에 결합할 수 있다. 그런 다음 결합 포켓은 이러한 위치에서 염색질에 부착되고 동일한 위치에서 RNAPIV 점유를 허용한다.이와 같이 SH1은 앞서 언급한 24개의 뉴클레오티드 길이 siRNA의 siRNA 생성을 촉진하기 위해 RdDM에서 가장 능동적으로 표적화된 게놈 위치에서의 RNA IV 모집과 안정성을 가능하게 하는 기능을 한다.또한 억제성 히스톤 수식에 결합하며, 이 과정을 방해하는 돌연변이는 DNA 메틸화 및 siRNA [18]생성의 감소와 관련이 있다.이러한 방식으로 생성된 siRNA는 침입 바이러스 및 내인성 전이성 [19]요소의 증식으로부터 게놈을 방어하기 때문에 이 메커니즘을 통해 RNAIV에 의한 siRNA 생산 조절은 주요 다운스트림 효과를 초래한다.

레퍼런스

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