Các ARN polymerase phiên mã các gen mã hoá cho các ARN, bắt đầu loại bám vào một trình tự promotor. Promotor đ−ợc mô tả rõ nhất ở trong tế bào ng−ời, trong đó nó bao gồm trình tự song ph−ơng trong vùng tr−ớc điểm khởi đầu nằm trên ADN.
Trình tự promotor bao quanh điểm khởi đầu, kéo dài từ -45 đến +20, và giúp khởi đầu phiên mã. Tuy nhiên, ảnh h−ởng của nó tăng lên rất nhiều bởi yếu tố điều khiển nằm ở vị trí tr−ớc đó, UCE (upstream control element), từ 180 đến - 107. Cả 2 vùng có một thành phần cấu tạo lạ th−ờng cho 1 promotor là giàu GC.
ARN pol I yêu cầu 2 yếu tố phụ thuộc. UBF I (upstream binding factor I) là một polypeptide đơn liên kết với yếu tố giàu GC trong lõi promotor và UCẸ Yếu tố SL I (selectivity factor I) không có sự đặc hiệu cho promotor. Khi 2 nhân tố đã liên kết, ARN pol I có thể liên kết với lõi promotor để khởi đầu phiên mã. Chúng ta thừa nhận rằng các nhân tố liên kết với trình tự promotor t−ơng tác thẳng với ARN pol I, nh−ng chúng ta không biết sự liên kết của các nhân tố giống nhau ở UCE - kích thích khởi đầu ở phần trình tự của promotor lõi nh− thế nàọ SL I bao gồm 4 protein. Một trong chúng đ−ợc là TBP (TATA -binding protein), nhân tố này cũng có chức năng trong khởi đầu phiên mã của polymerase II và polymerase IIỊ TBP không
liên kết với chuỗi ADN giàu GC, nên nhiệm vụ liên kết với ADN là của các thành phần khác của SLỊ Nó cũng giống nh− TBP t−ơng tác với ARN pol I, có thể với 1 tiểu đơn vị chung hay 1 điểm mà có thể đ−ợc bảo tồn giữa các polymerasẹ
Cách thức hoạt động của SLI cũng t−ơng tự nh− nhân tố sigma, vì một phức hệ protein độc lập, nó không liên kết đặc hiệu với promotor, nh−ng trong sự kết hợp với các thành phần khác, vùng promotor đặc hiệu đ−ợc liên kết. Nó có thể có chức năng “sơ cấp” đảm bảo rằng ARN pol I đ−ợc khoanh vùng một cách chính xác ở điểm khởi đầụ Một chức năng có thể so sánh đ−ợc là cung cấp cho ARN pol II và III bởi 1 nhân tố chứa TBP liên kết với các protein khác. Do đó, một nét đặc điểm chung trong khởi đầu bởi cả 3 enzym là 1 sự n−ơng tựa trên 1 nhân tố xác định vị trí “positioning” bao gồm TBP liên kết với protein đặc hiệu cho mỗi loại promotor.
Đối với ARN pol II, cũng nh− trong prokaryote, ở eukaryote cũng có promotor ở đầu 5’ để bắt đầu phiên mã. Điểm bắt đầu phiên mã đ−ợc nhận ra là một trình tự ngắn nằm giữa các Nu -3 và +5 gọi là vùng khởi đầụ Khoảng 80% gen có hộp TATA ở vị trí -25, hộp này cũng t−ơng ứng nh− hộp Pribnow ở promotor của prokaryotẹ Nằm giữa khoảng 100-200 hay xa hơn nữa so với điểm khởi đầu, những yếu tố hay những hộp chứa các trình tự ADN đặc hiệu gọi là các nhân tố phiên mã (trancription factor). Ba yếu tố chung là hộp CAAT (gọi là CAT), hộp GC và hộp tám cặp basẹ Những hộp này nằm ở vùng giữa vị trí -100 và -200 ở những gen khác nhaụ Thêm vào đó, có những yếu tố ADN khác hay những hộp khác liên kết với nhân tố phiên mã để hoạt hoá sự phiên mã của gen, và đ−ợc gọi là yếu tố tăng c−ờng enhancer. Đặc điểm đáng l−u ý của chúng là chúng nằm cách xa gen, khoảng cách thậm chí là lên đến hàng ngàn base và sự định h−ớng của chúng trong ADN có thể đ−ợc đảo ng−ợc lại mà không làm suy yếu chức năng của chúng.
Điều này, khiến sự xác định promotor ở eukaryote ít chính xác hơn trong prokaryotẹ Promotor trong gen của eukaryote bao gồm các trình tự của ADN phải ở một vị trí t−ơng đối xác định với điểm khởi đầụ Do đó, promotor bao gồm vùng khởi đầu, hộp TATA và các yếu tố phía tr−ớc nh− hộp GC và CAAT nh−ng không có yếu tố sự tăng c−ờng.
Hình 3. 4 : Câú trúc promotor điển hình ở Eukaryote
Trong mối quan hệ giữa chức năng của các nhân tố phiên mã và enzyme ARN pol III, promotor đ−ợc chia thành hai nhóm đ−ợc nhận biết bởi những cách khác nhau và bằng những nhóm nhân tố khác nhaụ Promotor cho gen mã hoá ARN 5S và tARN nằm ở bên trong, sau điểm khởi đầu phiên mã. Promotor của gen mã hoá snARN nằm ở phía tr−ớc điểm khởi đầụ Trong cả hai tr−ờng hợp, những nhân tố cần thiết cho chức năng promotor bao gồm những trình tự dành riêng cho sự nhận biết bởi các nhân tố phiên mã. Hai loại promotor này bao gồm 3 nhân tố kèm theo: TFIIIA là thành phần của zinc finger protein, TFIIIB bao gồm TBP và hai protein khác, TFIIIC là một phức hệ protein lớn và chứa ít nhất 5 tiểu đơn vị. Hiện nay vẫn ch−a hiểu rõ tất cả các t−ơng tác xảy ra ở promotor polIII, nh−ng qui tắc thì đã đ−ợc làm sáng tỏ. ở cả hai loại promotor, TFIIIC nhận ra hộp B nh−ng liên kết với một vùng rộng hơn bao gồm hộp A và hộp B (Vùng chỉ đạo phiên mã của gen tARN nằm sau vị trí khởi đầu trong đơn vị phiên mã và có hai trình tự đ−ợc bảo tồn cao gọi là hộp A: 5’-TGGCNNAGTGG-3’ và hộp B: 5’-GGTTCGANNCC-3’). TFIIIA và TFIIIC có thể bị cắt khỏi promotor mà không ảnh
h−ởng gì đến phản ứng khởi đầụ TFIIIB vẫn tiếp tục đ−ợc gắn cho đến khi gần đến điểm khởi đầu, và sự có mặt của nó là đủ để cho phép ARN polymerase gắn vào điểm khởi đầụ Do đó chỉ có TFIIIB mới mới thực sự là nhân tố khởi đầu cần thiết cho ARN polIII, TFIIIA và TFIIIC là những nhân tố bổ trợ thêm, có chức năng trự giúp cho TFIIIB gắn vào đúng vị trí.
Ngoài ra, ở Eukaryote còn có một số nhân tố khác tham gia vào quá trình phiên mã: + Yếu tố tăng c−ờng Enhancer là một yếu tố điều hoà nằm cách vị trí khởi đầu phiên mã hằng nghìn cặp base, có vai trò kích thích sự phiên mã từ nhiều promotor. Các trình tự enhancer có chiều dài đặc tr−ng là 100-200bp và chứa nhiều yếu tố góp phần cho hoạt động tăng c−ờng. Chúng có thể tồn tại ở nhiều nơi hoặc ở loại tế bào đặc biệt. Có nhiều enhancer và promotor đã đ−ợc xác định. Qua nghiên cứu đã thấy rằng promotor và enhancer nằm gối lên nhau và mang chức năng, điều này thể hiện sự liên tục giữa yếu tố tăng c−ờng và promotor, yếu tố tăng c−ờng phải có sự định h−ớng đặc biệt và nằm gần promotor để có ảnh h−ởng đến hoạt động phiên mã.
+ Các nhân tố phiên mã: Khác với Prokaryote, chỉ riêng ARN polII không thể khởi đầu phiên mã mà cần phải bổ sung thêm các nhân tố phiên mã cho quá trình nàỵ Những nhân tố này định vị chính xác ARN polymerase tại promotor, giúp 2 sợi ADN tách rời nhau để có thể bắt đầu phiên mã và đẩy ARN polymerase ra khỏi promotor để kéo dài phiên mã. Các nhân tố phiên mã chủ yếu là protein vì chúng có trên tất cả promotor sử dụng ARN polymerase II để phiên mã, đ−ợc ký hiệu là TFII (TFIIA, TFIIB,..). Nói chung, các nhân tố này có chức năng t−ơng tự nh− nhân tố δ trong ARN polymerase của prokaryotẹ
. Những nhân tố đa tiểu đơn vị nh− TFIIa, TFIIB... cần cho sự khởi đầu phiên mã, tập hợp trên các promotor cơ bản ở một sự sắp xếp đặc hiệu và có thể là đối t−ợng cho nhiều mức độ điều hoà phiên mã.
. Nhân tố TFIID là phức hợp của nhiều protein, mỗi protein chỉ có một polypeptide, chịu trách nhiệm gắn vào vị trí TATA của promotor loại nàỵ
. Nhân tố TBP có mặt ở cả 3 phức hợp phiên mã của Eukaryote (SL1, TFIIIB và TFIID) có chức năng chính trong khởi đầu phiên mã. Đối với những promotor không có hộp TATA, yếu tố khởi đầu trùng lặp với vị trí bắt đầu của chúng, TBP đ−ợc thêm vào và gắn vào yếu tố khởi đầu cộng với một số nhân tố khác, lúc này ARN polymerase hoạt động t−ơng tự nh− trong tr−ờng hợp có hộp TATẠ
. Nhân tố TFIIA khi gắn vào TFIID làm tăng c−ờng sự gắn của TFIID vào hộp TATA và làm bền vững phức hợp TFIID-ADN.
. Nhân tố liên kết sau ARN polymerase là TFIIE, TFIIH, TFIIJ nhanh chóng kết hợp với phức hợp ARN polymerase-TF, cần thiết cho sự phiên mã in vitrọ Trong đó, TFIIH có bản chất là helicase và kinase, cho phép ARN polymerase rời khỏi vùng promotor, vì vậy có chức năng rất quan trọng trong sự kéo dài phiên mã.
Khi ARN polII bắt đầu kéo dài phiên mã, hầu hết các nhân tố khởi đầu phiên mã đ−ợc giải phóng ra khỏi ADN, do đó chúng có thể khởi đầu một quá trình phiên mã với một ARN polymerase mớị
iị các pha của quá trình phiên mã
Quá trình phiên mã đ−ợc chia thành 3 pha: khởi đầu, kéo dài và kết thúc. Khởi đầu phiên mã là một b−ớc rất quan trọng trong sự biểu hiện gen, vì đó là điểm chủ yếu quyết định điều khiển loại protein đ−ợc sản xuất và tỷ lệ của nó. Kéo dài là quá trình tạo ra ARN. Sự phiên mã xảy ra theo h−ớng từ 5’ 3’ dọc theo ADN sợi khuôn. Vì thế các Nu mới đ−ợc thêm vào đầu 3’ của phân tử ARN đang tăng tr−ởng trong suốt quá trình phiên mã. Kết thúc là pha mà ARN polymerase rời khỏi ADN khuôn và giải phóng phân tử mARN mới đ−ợc tổng hợp.