Úloha fenoménu oddělení fází v kompartmentalizaci RNA polymerázy II v buněčném jádře

Abstract

Transcription of RNA Pol II does not occur uniformly in the cell nucleus but is concentrated in clusters. These clusters have been called transcription factories. They were thought to be static structures permanently present in the nucleus into which activated genes move to be transcribed. This view changed with the development of super-resolution microscopy, which showed that not only RNA Pol II but also its important coactivators such as mediator or BRD4 protein make clusters in the nucleus that form and dissolve on a timescale of tens of seconds. A number of proteins involved in transcription, including RNA Pol II itself, have intrinsically disordered regions as part of their structure. These are thought to be able to mediate the clustering through the phenomenon of liquid-liquid phase separation (LLPS). The concept of phase separation has gained traction in cell biology in the last decade as a mechanism for the formation of a number of Non-membranous Organelles such as the nucleolus, stress granules and others. I discuss its basic principles rooted in physics and recent developments that attempt to adapt theories developed for relatively simple polymer chemistry systems to the complex environment of the cell. These models, which help to better understand transcription, include phase separation...

Transkripce RNA Pol II neprobíhá rovnoměrně v buněčném jádře, ale je koncentrována do klastrů. Tyto klastry byly pojmenovány jako transkripční továrny. Byly považovány za statické struktury trvale přítomné v jádře, do niž se přesouvají aktivované geny, aby mohly být přepsány. Tento pohled doznal změny s rozvojem super-rezoluční mikroskopie, která ukázala, že nejen RNA Pol II, ale i její důležité koaktivátory jako je mediátor nebo protein BRD4 tvoří v jádře klastry, které vznikají a zanikají v časové škále desítek sekund. Řada proteinů účastnící se transkripce, včetně RNA Pol II, má ve své struktuře vnitřně neuspořádané oblasti, o kterých se předpokládá, že jsou schopné toto klastrování zprostředkovat prostřednictvím fenoménu fázové separace (liquid-liquid phase separation, LLPS). Koncepce fázové separace se v poslední dekádě prosadila v buněčné biologii jako mechanismus tvorby řady tzv. nemembránových organel jako je jadérko, stresová granula a další. Diskutuji její základní fyzikální principy i poslední vývoj, který se snaží přizpůsobit teorie vzniklé pro relativně jednoduché systémy polymerní chemie pro komplexní prostředí buňky. Mezi tyto modely, které pomáhají k lepšímu porozumění transkripci, patří fázová separace spojená s perkolací a mikrofázová separace. Klíčová slova: transkripční továrna,...