RNA Polimerasi Eucariotiche
Negli organismi eucarioti, a differenza dei procarioti che ne utilizzano una sola, la trascrizione è operata da tre enzimi distinti che riconoscono promotori diversi e sintetizzano classi di RNA specifiche: RNA-polimerasi 1, RNA-polimerasi 2 e RNA-polimerasi 3.
Le Classi di RNA Polimerasi
- RNA-Polimerasi 1 (Pol I): Localizzata prevalentemente a livello del nucleolo (la struttura nucleare in cui si assemblano i ribosomi). È specializzata nella trascrizione dei geni che codificano per i precursori dell’RNA ribosomiale (rRNA).
- RNA-Polimerasi 2 (Pol II): Localizzata nel nucleoplasma. È responsabile della trascrizione di tutti i geni che codificano per le proteine, sintetizzando i precursori dell’RNA messaggero (mRNA). Presenta caratteristiche strutturali uniche dedicate alla regolazione.
- RNA-Polimerasi 3 (Pol III): Localizzata nel nucleoplasma. Trascrive i geni per l’RNA di trasporto (tRNA), l’rRNA 5S e altri piccoli RNA non codificanti nucleari e citoplasmatici.
Nota: le RNA polimerasi eucariotiche non producono molecole di RNA pronte all’uso, bensì i loro precursori immaturi, che dovranno subire una complessa maturazione post-trascrizionale prima di essere funzionali.
Esperimenti Storici di Caratterizzazione
1. La Cromatografia e i Tre Picchi d’Attività (1969)
Inizialmente, l’esistenza di un nucleolo separato e l’abbondanza di rRNA rispetto a mRNA e tRNA suggerivano la presenza di almeno due polimerasi. Nel 1969, la purificazione degli estratti nucleari condotta tramite cromatografia rivelò l’esistenza di tre picchi distinti di attività enzimatica, confermando che l’apparato eucariotico si compone di tre distinte polimerasi.
2. Sensibilità all’Alfa-Amanitina
Per verificare se i tre picchi di attività cromatografica corrispondessero effettivamente a tre enzimi diversi, venne studiata la sensibilità all’alfa-amanitina, una potente tossina estratta dal fungo velenoso Amanita phalloides che blocca selettivamente la trascrizione eucariotica:
- RNA-Polimerasi 1: Risultò totalmente insensibile all’alfa-amanitina. La sintesi dei precursori dell’rRNA non viene bloccata dalla tossina.
- RNA-Polimerasi 2: Risultò altamente sensibile. Minime concentrazioni di tossina ne inibiscono completamente l’azione.
- RNA-Polimerasi 3: Risultò mediamente sensibile. Viene bloccata solo esponendo l’estratto a concentrazioni molto elevate di alfa-amanitina.
3. Identificazione dei Trascriti mediante Elettroforesi
Per identificare quale polimerasi producesse ciascuna classe di RNA, gli estratti cellulari furono sottoposti a elettroforesi su gel d’agarosio in condizioni denaturanti:
- Profilo di controllo (cellula sana): Nel gel si osservano due bande principali brillanti (corrispondenti agli rRNA 18S e 28S, molto abbondanti), bande corte e definite in fondo (i tRNA, a basso peso molecolare) e una strisciata continua di colore (smear) che attraversa le diverse altezze, prodotta dalla popolazione eterogenea di mRNA aventi pesi molecolari differenti.
- Inibizione selettiva di Pol II (bassa alfa-amanitina): Il gel mostra la totale scomparsa dello smear (strisciata di colore). Ciò dimostrò che la RNA-polimerasi 2 è l’enzima preposto alla sintesi dell’mRNA.
- Inibizione di Pol II e Pol III (alta alfa-amanitina): Scompaiono anche le bande piccole sul fondo. Ciò dimostrò che la RNA-polimerasi 3 catalizza la sintesi del tRNA.
Struttura dell’Enzima eucariotico
Sebbene più complesse, le polimerasi eucariotiche conservano una forte omologia strutturale con l’enzima batterico:
- Core Enzimatico (“Zoccolo Duro”): Ciascuna delle tre polimerasi possiede un gruppo di subunità strutturali omologhe alle subunità della polimerasi procariotica ().
- Subunità Accessorie: Possiedono subunità accessorie aggiuntive, alcune condivise da tutti e tre gli enzimi eucariotici, altre uniche ed esclusive per ciascun tipo (es. Pol I, II o III).
- Coda Carbossiterminale (CTD - Carboxy-Terminal Domain): La subunità maggiore della RNA-polimerasi 2 presenta una caratteristica coda carbossi-terminale estesa. La coda CTD contiene una serie di ripetizioni amminoacidiche conservate che fungono da piattaforma per eventi di fosforilazione regolativa essenziali per il ciclo di trascrizione e per il reclutamento dei fattori di maturazione dell’RNA.
- Nota di approfondimento: Per la struttura molecolare dettagliata dell’eptapeptide consensus, la sua variabilità tra specie e il funzionamento del complesso del Mediatore, si veda la nota di dettaglio Coda CTD e Mediatore.
- Mancanza del Fattore Sigma: Nessuna delle tre polimerasi eucariotiche possiede una subunità analoga al fattore batterico in grado di riconoscere la sequenza del promotore. Per legarsi al DNA e iniziare la sintesi, necessitano obbligatoriamente dell’aiuto dei fattori generali di trascrizione (GTF).
🔗 Collegamenti
- Trascrizione — 📋 fa parte di
- RNA — ➡️ evoluzione / progressione
- Promotore — 🔗 stesso meccanismo / stessa via
- Elettroforesi su Gel — 🔬 reperto diagnostico
- Ciclo di Trascrizione Eucariotica — ➡️ evoluzione / progressione
- RNA Polimerasi Batterica — 🔄 diagnosi differenziale / confronto
- Coda CTD e Mediatore — 📋 fa parte di
- Complesso di Pre-inizio — 🔗 stesso meccanismo / stessa via