Kas ir RNS polimerāze I?

RNS polimerāze I neizgatavo gatavu ribosomu RNS, bet vienu garu kopēju priekšteci. Šo molekulu pēc tam kodoliņā apstrādā, izgriežot un atmetot liekos posmus, un vienlaikus atsevišķās vietās ķīmiski pārveido nukleotīdus.

Tas, ka trīs ribosomu RNS molekulas rodas no vienas priekšteces, nav nejaušība. Šāda uzbūve garantē, ka tās tiek saražotas precīzi vienādā skaitā, un šūnai nav jārūpējas par atsevišķu gēnu saskaņošanu.

• Kopējā priekštece satur nākamo 18S, 5,8S un 28S ribosomu RNS secības, kā arī atdalāmos starpposmus.
• 18S ribosomu RNS nonāk ribosomas mazajā apakšvienībā, 5,8S un 28S lielajā apakšvienībā.
• Ceturto komponentu, 5S ribosomu RNS, sintezē cita polimerāze, proti, polimerāze III, un tā kodoliņā tiek atvesta atsevišķi.
• Apstrādē piedalās mazās kodoliņa RNS molekulas, kas kalpo par vadotnēm ķīmiskajām modifikācijām.

RNS polimerāze I ir liels vairāku apakšvienību komplekss. Daļa apakšvienību ir kopīgas visām trim kodola polimerāzēm, daļa ir tikai tai, un tieši šīs unikālās daļas nosaka, ka ferments atpazīst vienīgi ribosomu gēnu promotoru.

Pats ferments uz DNS neuzsēžas. Vispirms promotorā nostrādā atpazīšanas faktori, kas atver pareizo sākuma punktu un savervē polimerāzi. Viens no tiem piesaistās plašam DNS posmam un to saliec, cits veido tiltu starp DNS un polimerāzi, bet trešais darbojas kā slēdzis, pa kuru šūna padod signālu par savu barošanās un augšanas stāvokli.

Šāda uzbūve izskaidro, kāpēc ribosomu RNS sintēze ir tik strauji regulējama. Nav jāmaina gēnu skaits vai to izvietojums, pietiek pārslēgt dažus faktorus, un pārrakstīšanas ātrums izmainās jau dažu minūšu laikā.

Atšķirt trīs kodola polimerāzes visvieglāk pēc produkta un pēc jutības pret sēņu indi alfa amanitīnu, kas atrodama zaļajā mušmirē. Tieši ar šo vielu savulaik pierādīja, ka polimerāzes tiešām ir dažādas, nevis viena un tā pati, kas strādā dažādās vietās.

Lai gan detaļas atšķiras, pamatsoļi ir tādi paši kā citām polimerāzēm. Atšķirība ir mērogā: uz vienas un tās pašas gēna kopijas vienlaikus var strādāt daudzas polimerāzes viena aiz otras, un elektronmikroskopijā šāds attēls atgādina Ziemassvētku eglīti ar zariem, kas garumā pieaug.

1. Promotora atpazīšanas faktori piesaistās ribosomu gēna sākuma rajonam un izveido platformu.
2. Polimerāze tiek savervēta kompleksā un atver DNS spirāli sākuma punktā.
3. Sākas ķēdes sintēze, un ferments pāriet no sākuma stadijas uz pagarināšanu.
4. Pārrakstīšanas laikā jau notiek pirmā produkta apstrāde un salocīšana, iesaistot kodoliņa olbaltumvielas.
5. Gēna beigās ferments atbrīvojas, un izveidotā priekštece tiek sagriezta gatavajās ribosomu RNS molekulās.
6. Ribosomu RNS savienojas ar ribosomu olbaltumvielām, un nenobriedušas apakšvienības pa kodola porām izceļo citoplazmā.

Ribosomu RNS sintēze prasa lielu daļu šūnas enerģijas, tāpēc evolūcija to ir cieši sasaistījusi ar barības vielu pieejamību un augšanas signāliem. Kad šūna saņem augšanas faktoru signālus, palielinās gan aktīvo gēnu kopiju skaits, gan polimerāžu blīvums uz tām. Badošanās, stresa vai bojātas DNS gadījumā šis process tiek strauji nobremzēts.

Šīs saites dēļ kodoliņš ir izrādījies daudz nozīmīgāks, nekā domāja agrāk. Ja ribosomu ražošana tiek traucēta, kodoliņa olbaltumvielas izkļūst kodola plazmā un stabilizē olbaltumvielu p53, kas aptur šūnas ciklu vai iedarbina šūnas bojāeju. Šo parādību sauc par kodoliņa stresa atbildi, un tā ir viens no iemesliem, kāpēc ribosomu ražošanas traucējumi izraisa slimības arī tad, ja ribosomu vēl pietiek.

Audzēju šūnās kodoliņi tipiski ir lieli un skaita ziņā vairāki, jo šūna aug un dalās nepārtraukti. Patologi to izmanto praktiski: ar sudraba krāsošanu izceļ kodoliņa organizētāju rajonus, un to skaits un laukums palīdz spriest par audzēja aktivitāti. Zāļu izstrādē pētītas vielas, kas mērķtiecīgi bremzē tieši šo polimerāzi, cerot, ka strauji augošas šūnas cietīs vairāk nekā mierīgās.

Otra grupa ir iedzimtas slimības, ko sauc par ribosomopātijām. Tajās bojāts kāds no ribosomu ražošanas vai apstrādes posmiem, un rezultāts nav vispārējs augšanas apstāšanās, bet gan ļoti raksturīgi, atsevišķus audus skarošie traucējumi, piemēram, sejas kaulu attīstības anomālijas vai kaulu smadzeņu mazspēja. Šādus pacientus ved ģenētiķis kopā ar attiecīgās jomas speciālistu, piemēram, hematologu vai sejas žokļu ķirurgu.

Diagnostikā šos stāvokļus atklāj klīniski un apstiprina ar ģenētisko izmeklēšanu. Pašu fermentu tiešā veidā nemēra, jo klīniskās nozīmes tam nav; vērtē sekas, ko rada tā darbības traucējumi.

Pirmais pārpratums ir RNS polimerāze un DNS polimerāze. Pirmā pēc DNS matricas veido RNS un darbojas nepārtraukti arī nedalošās šūnās. Otrā pavairo pašu DNS pirms šūnas dalīšanās un ir aktīva tikai noteiktā šūnas cikla posmā.

Otrais ir romiešu ciparu jaukšana. Polimerāze I, II un III ir trīs dažādi fermenti ar dažādiem produktiem; apzīmējums nenorāda ne uz svarīgumu, ne uz darbības secību, bet vēsturiski radies no tā, kādā secībā tās izdalīja hromatogrāfijā.

Trešais pārpratums skar mitohondrijus. Mitohondriju gēnus pārraksta pavisam cits ferments, kas pēc uzbūves atgādina vīrusu polimerāzi un ar kodola polimerāzēm nav radniecīgs.

Cilvēka genomā ribosomu gēnu kopiju ir daudz vairāk, nekā šūnai jebkad vajadzīgs vienlaikus, un lielākā daļa no tām normāli ir noklusētas un iesaiņotas blīvā hromatīnā. Šūna maina ribosomu RNS ražošanu ne tikai ar fermenta darbības ātrumu, bet arī ar to, cik kopijas tā atver. Turklāt kopiju skaits atšķiras gan starp cilvēkiem, gan starp viena cilvēka audiem, un ar gadiem tas mēdz mainīties.

Otra būtiska doma ir tā, ka kodoliņš nav telpa, kurā ferments ievietots, bet drīzāk šī fermenta darba blakusprodukts. Ja pārrakstīšanu aptur, kodoliņš izjūk, un, kad to atjauno, tas savācas no jauna. Šūnas dalīšanās laikā notiek tieši tas pats: kodoliņš izzūd profāzē un atgriežas telofāzē, kad polimerāze atsāk darbu.