RNAポリメラーゼII

RNAポリメラーゼII：真核生物の遺伝子発現を司る分子機械

RNAポリメラーゼII（RNAP II）は、真核生物の細胞核においてmRNA、snRNA、そしてmiRNAなどの転写を担う主要な酵素です。12種類のサブユニットからなる巨大なタンパク質複合体であり、その精巧な構造と機能は、遺伝子発現の精密な制御に不可欠な役割を果たしています。

RNAP IIの発見：核内における多様な転写酵素

初期の研究では、核小体でリボソームRNA（rRNA）合成に関わるRNAポリメラーゼと、核質で他のRNA合成に関わるRNAポリメラーゼの2種類が存在することが示唆されていました。1969年、画期的なイオン交換クロマトグラフィー技術を用いた研究により、核質中には少なくとも3種類のRNAポリメラーゼが存在することが明らかになりました。これら3種類の酵素は、溶出順にRNAポリメラーゼI、II、IIIと命名され、RNAP IIは核質における多様な転写活性を担う酵素の1つとしてその存在が確認されました。

RNAP IIのサブユニット：複雑な相互作用ネットワーク

RNAP IIは、それぞれ特定の機能を持つ複数のサブユニットから構成される巨大な複合体です。最大のサブユニットであるRPB1は、C末端ドメイン（CTD）と呼ばれる特徴的な構造をもちます。CTDは、Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Serの繰り返し配列からなり、転写過程における様々な因子の結合部位として機能します。他のサブユニット、例えばRPB2、RPB3、RPB5などは、RNAP IIの構造安定性や酵素活性に重要な役割を果たしています。これらのサブユニット間の複雑な相互作用は、RNAP IIの機能を支える基盤となっています。各サブユニットは、それぞれの遺伝子（例えば、ヒトではRPB1はPOLR2A遺伝子、RPB2はPOLR2B遺伝子など）によってコードされています。これらのサブユニットの組み立て過程も複雑で、RPB3は中心的な役割を果たし、段階的に他のサブユニットが結合することで、機能的なRNAP II複合体が形成されます。

α-アマニチンによる阻害：毒素による特異的な阻害機構

いくつかの毒キノコに含まれるα-アマニチンは、RNAP IIの活性を特異的に阻害することが知られています。α-アマニチンはRPB1サブユニットの特定部位に結合し、酵素の機能を完全に阻害します。一方、RNAP Iはα-アマニチンに影響を受けず、RNAP IIIは中等度の阻害を示すことから、α-アマニチンはRNAP IIに対する特異的な阻害剤として利用されます。この性質は、RNAP IIの研究において重要なツールとなっています。

RNAP IIホロ酵素：転写開始複合体の形成

細胞内において、RNAP IIは様々な転写因子と複合体を形成し、転写開始複合体（PIC）を形成します。このホロ酵素と呼ばれる複合体には、基本転写因子やSRBタンパク質などの調節因子が含まれ、プロモーター領域へのRNAP IIの結合、DNAの解きほぐし、そして転写開始を制御しています。メディエーター複合体は、RNAP IIと転写因子間の橋渡しとして機能し、転写調節において重要な役割を果たしています。

CTDのリン酸化：転写サイクルの制御

RPB1のCTDは、転写過程においてリン酸化状態の変化により、転写開始、RNAプロセシング、そして転写終結を制御しています。転写開始時には非リン酸化状態のRNAP IIが、プロモーターに結合し、その後、TFIIHによるCTDのリン酸化が転写開始を促進します。CTDの特定のセリン残基のリン酸化は、5'キャップ付加酵素やスプライセオソームなどの因子をリクルートし、RNAプロセシングを促進します。転写終結後には、CTDの脱リン酸化が起こり、RNAP IIは次の転写サイクルへと再利用されます。

転写と共役したDNA修復：遺伝情報の保護機構

DNA損傷は遺伝情報の維持に深刻な脅威となりますが、RNAP IIは転写と共役したDNA修復機構にも関与しています。転写過程で生じたDNA損傷は、転写と共役した相同組換え修復機構によって修復されます。この機構は、遺伝子発現を維持しつつ、ゲノムの安定性を保つための重要な役割を果たしています。

まとめ

RNAポリメラーゼIIは、真核生物の遺伝子発現において中心的な役割を果たす、精巧な分子機械です。その複雑な構造、多様なサブユニット、そして精密な制御機構は、遺伝情報の正確な転写と、ゲノムの安定性維持に不可欠です。今後の研究により、RNAP IIの機能に関する更なる知見が得られることが期待されます。

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