NTP-driven translocation and regulation of downstream template opening by multi-subunit RNA polymerases

Author： Burton Zachary F Feig Michael Gong Xue Q Zhang Chunfen Nedialkov Yuri A Xiong Yalin

ISSN： 1208-6002

Source： Biochemistry and Cell Biology, Vol.83, Iss.4, 2005-08, pp. : 486-496

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Abstract

Multi-subunit RNA polymerases bind nucleotide triphosphate (NTP) substrates in the pretranslocated state and carry the dNMP–NTP base pair into the active site for phosphoryl transfer. NTP-driven translocation requires that NTP substrates enter the main-enzyme channel before loading into the active site. Based on this model, a new view of fidelity and efficiency of RNA synthesis is proposed. The model predicts that, during processive elongation, NTP-driven translocation is coupled to a protein conformational change that allows pyrophosphate release: coupling the end of one bond-addition cycle to substrate loading and translocation for the next. We present a detailed model of the RNA polymerase II elongation complex based on 2 low-affinity NTP binding sites located in the main-enzyme channel. This model posits that NTP substrates, elongation factors, and the conserved Rpb2 subunit fork loop 2 cooperate to regulate opening of the downstream transcription bubble.Key words: RNA polymerase, NTP-driven translocation, transcriptional fidelity, transcriptional efficiency, α-amanitin.Les ARN polymérases à sous-unités multiples lient leurs substrats NTP dans un état de pré-translocation et apportent la paire de base dNMP-NTP au site actif pour le transfert du groupement phosphoryle. La translocation conduite par les NTP requiert que ces substrats NTP entrent dans un canal au sein de l'enzyme avant d'occuper le site actif. En se basant sur ce modèle, un nouveau point de vue de la fidélité et de l'efficacité de la synthèse de l'ARN est proposé. Ce modèle propose que durant l'élongation processive, la translocation conduite par les NTP est couplée à des changements de conformation de la protéine qui permettent le largage du pyrophosphate : le couplage de la fin d'un cycle d'addition d'une liaison au chargement du substrat et la translocation pour le prochain cycle. Nous présentons un modèle détaillé d'élongation du complexe de l'ARN polymérase II basé sur deux sites de liaison aux NTP de faible affinité localisés dans le canal principal de l'enzyme. Ce modèle avance que les substrats NTP, les facteurs d'élongation ainsi que la boucle 2 conservée de la sous-unité Rpb2 coopèrent pour réguler l'ouverture de la bulle de transcription en aval.Mots clés : ARN polymérase, translocation conduite par les NTP, fidélité de la transcription, efficacité de la transcription, α-amanitine.[Traduit par la Rédaction]