Welche Moleküle die Transkription auslösen

Bevor ein Protein kodierendes Gen exprimiert werden kann, wird die DNA zunächst in ein Boten-RNA-Molekül transkribiert. Nach diesem Schritt wird es in die Aminosäuresequenz des Proteins übersetzt. Dieser scheinbar einfache Prozess ist sehr komplex und Wissenschaftler haben erstaunliche Fortschritte bei der Identifizierung einer Vielzahl hierfür wichtiger Moleküle und Untereinheiten gemacht. Im Wesentlichen wird die Transkription durch die Bindung und Bildung von Molekülkomplexen an der DNA selbst gesteuert und initiiert.

Im oberen Bereich der zu transkribierenden DNA-Sequenz befindet sich eine Promotorregion, die als TATA-Box bezeichnet wird, weil sie eine spezifische Sequenz von Thymin (T) und Adenin (A) enthält. Die dortige Bindung eines spezifischen Proteins (das TATA-Box-Bindungsprotein ist Teil des Transkriptionsfaktors IID (TFIID)) initiiert die Bildung des Präinitiationskomplexes (PIC), der neben dem Protein selbst außerdem die RNA-Polymerase II (RNAPII) enthält. Dadurch wird die RNAPII-Transkription initiiert. Zwei weitere allgemeine Transkriptionsfaktoren spielen eine Rolle: TFIIA und TFIIB stabilisieren den Aufbau des PIC.

Bis heute ist das detaillierte Wissen hinsichtlich DNA, TFIIA, TFIIB und TFIID begrenzt. EU-finanzierte Wissenschaftler des Projekts PICENGINEERING erstellten eine DNA-Vorlage für den PIC-Aufbau, der TFIID-Erkennungselemente einschließlich der TATA-Box enthält. Sie wurde kloniert und in großen Mengen hergestellt, um die PIC-Stufe zu rekonstruieren und den die Komplexe und ihre Wechselwirkungen eingehend zu analysieren.

Die experimentellen Untersuchungen waren eine große Herausforderung. Die Kristallisationsstudien zur Bestimmung der komplexen Quartärstruktur eines Teilkomplexes, der alle relevanten Transkriptionsfaktoren enthält (QUART), waren mühsam. Aber sie führten zur erstmaligen Bestimmung der Struktur von TFIIA in seiner APO-Form (inaktiv oder isoliert).

PICENGINEERING machte wichtige Fortschritte bei der Entschlüsselung der Strukturen und strukturellen Veränderungen, die am komplexen Vorgang der RNAPII-Transkription beteiligt sind. Mit der Schaffung der notwendigen DNA-Vorlage einschließlich der relevanten Sequenzen sind die Forscher bereit für umfangreiche Kristallisationsstudien, um die supramolekulare Architektur der PIC-Stufe zu untersuchen. Die Studien sollen lang ersehnte Erkenntnisse zur 3D-Struktur von QUART liefern und das Netzwerk der an der Initiierung der RNAPII-Transkription beteiligten Interaktionen enthüllen.