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114年:醫學一(2)

下列何者不是真核細胞 RNA聚合酶Ⅱ之 TFⅡH次單元所具有的生理功能？

A三磷酸腺苷的水解（ ATP hydrolysis ）
B轉錄前起始複合體的形成
C具有去氧核糖核酸解旋酶（ helicase ）與激酶（ kinase）的活性
D轉錄作用的終止

詳細解析

本題觀念：

本題考查真核生物 RNA 聚合酶 II (RNA Polymerase II) 轉錄過程中的一般轉錄因子 (General Transcription Factors, GTFs) 功能，特別是 TFIIH 的詳細酵素活性與生理角色。

TFIIH 是一個多次單元的大型蛋白質複合體，是最後一個加入轉錄前起始複合體 (Pre-initiation Complex, PIC) 的轉錄因子。它兼具轉錄起始與 DNA 修復 (Nucleotide Excision Repair, NER) 的雙重功能。

選項分析

  • A. 三磷酸腺苷的水解（ATP hydrolysis）：正確（是 TFIIH 的功能）。

    • TFIIH 的次單元（主要是 XPB 和 XPD）具有 ATP 依賴性的酵素活性。
    • 在轉錄起始時，XPB 利用 ATP 水解產生的能量來解開 DNA 雙股螺旋（Promoter melting），協助形成開放複合體（Open Complex）。
    • 此外，其激酶活性（CDK7）進行磷酸化反應時也需要 ATP。

  • B. 轉錄前起始複合體的形成：正確（是 TFIIH 的功能）。

    • 轉錄起始複合體 (PIC) 的組裝順序通常簡記為：TBP/TFIID → TFIIA → TFIIB → RNA Pol II + TFIIF → TFIIE → TFIIH。
    • TFIIH 是完成 PIC 組裝的關鍵因子，它的加入穩定了複合體並賦予其酵素活性，使轉錄得以啟動。

  • C. 具有去氧核糖核酸解旋酶（helicase）與激酶（kinase）的活性：正確（是 TFIIH 的功能）。

    • 解旋酶 (Helicase)：由 XPB (及 XPD) 次單元提供。XPB 負責在啟動子 (Promoter) 區域解開 DNA 雙股（約 10-20 bp），形成轉錄泡 (Transcription bubble)。註：XPD 的解旋酶活性主要用於 DNA 修復 (NER)，但在轉錄複合體結構中仍存在。
    • 激酶 (Kinase)：由 CAK (CDK-activating kinase) 模組提供，包含 CDK7、Cyclin H 和 MAT1。CDK7 負責磷酸化 RNA 聚合酶 II C 端尾部結構域 (CTD) 的 Serine 5。這個磷酸化修飾是「啟動子逃脫 (Promoter Escape)」的關鍵信號，使聚合酶從起始階段進入延長階段 (Elongation)。

  • D. 轉錄作用的終止：錯誤（不是 TFIIH 的主要功能）。

    • 轉錄終止 (Termination) 主要涉及 RNA 3' 端的修飾與聚合酶的脫離。
    • 這部分的功能是由 CPSF (Cleavage and Polyadenylation Specificity Factor)、CstF (Cleavage Stimulation Factor) 以及核酸外切酶 (如 Xrn2/Rat1) 等因子負責。
    • 雖然 TFIIH 的激酶活性（磷酸化 CTD）會影響後續因子的招募，但 TFIIH 本身在轉錄進入延長階段後通常會從聚合酶上脫落或不再發揮主要作用，並不直接執行「終止」反應。

答案解析

答案是 D。

TFIIH 的核心功能集中在轉錄起始 (Initiation) 與啟動子逃脫 (Promoter Escape) 階段。它利用 ATP 水解能量解開 DNA (Helicase activity) 並磷酸化 RNA 聚合酶 II 的 CTD (Kinase activity)。轉錄終止是由完全不同的蛋白質機器在基因的末端執行，與 TFIIH 無直接關聯。

核心知識點

考生應掌握 RNA Polymerase II 的轉錄起始因子 (GTFs) 及其核心功能，口訣：D A B F E H (組裝順序)。

  1. TFIID (TBP): 辨識 TATA box。
  2. TFIIB: 辨識 BRE，連結 Polymerase 與 TBP。
  3. TFIIF: 攜帶 Pol II 進入複合體。
  4. TFIIE: 招募 TFIIH 並調節其活性。
  5. TFIIH:
    • Helicase (XPB): 解開 DNA (Promoter melting)，需 ATP。
    • Kinase (CDK7): 磷酸化 Pol II CTD (Ser5)，啟動 Promoter Escape。
    • 臨床關聯: TFIIH 次單元 (XPB, XPD) 突變會導致 著色性乾皮症 (Xeroderma Pigmentosum, XP)、Cockayne Syndrome (CS) 或 Trichothiodystrophy (TTD)，這與其 DNA 修復 (NER) 功能缺陷有關。

參考資料

  1. Molecular Biology of the Cell (Alberts et al.), Chapter on "From DNA to RNA".
  2. Harper's Illustrated Biochemistry, Section on Transcription.
  3. Fishburn J, et al. Double-stranded DNA translocase activity of transcription factor TFIIH and the mechanism of RNA polymerase II open complex formation. PNAS. 2015.
  4. Rimel LS, Taatjes DJ. The essential and multifunctional TFIIH complex. Protein Sci. 2018.
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