stringtranslate.com

Абортивная инициация

Абортивный цикл РНК-полимеразы Т7

Абортивная инициация , также известная как абортивная транскрипция , является ранним процессом генетической транскрипции , в котором РНК-полимераза связывается с ДНК-промотором и входит в циклы синтеза коротких мРНК- транскриптов, которые высвобождаются до того, как транскрипционный комплекс покидает промотор. Этот процесс происходит как у эукариот , так и у прокариот . Абортивная инициация обычно изучается в РНК-полимеразах T3 и T7 в бактериофагах и в E. coli .

Общий процесс

Абортивная инициация происходит до очистки промотора . [1]

  1. РНК-полимераза связывается с промоторной ДНК, образуя закрытый комплекс РНК-полимераза-промотор
  2. Затем РНК-полимераза раскручивает один виток ДНК, окружающий сайт начала транскрипции, в результате чего образуется открытый комплекс РНК-полимераза-промотор.
  3. РНК-полимераза вступает в абортивные циклы синтеза и высвобождает короткие РНК-продукты (содержат менее 10 нуклеотидов)
  4. РНК-полимераза выходит из-под контроля промотора и переходит на стадию удлинения транскрипции.

Механизм

Абортивная инициация является нормальным процессом транскрипции и происходит как in vitro , так и in vivo . [2] После каждого шага добавления нуклеотидов в начальной транскрипции РНК-полимераза, стохастически, может продолжить путь к выходу из промотора (продуктивная инициация) или может высвободить продукт РНК и вернуться к открытому комплексу РНК-полимераза-промотор (абортивная инициация). На этой ранней стадии транскрипции РНК-полимераза вступает в фазу, в течение которой диссоциация транскрипционного комплекса энергетически конкурирует с процессом элонгации. Абортивная цикличность не вызвана прочной связью между инициирующим комплексом и промотором. [3]

ДНК-скручивание

Механизм сжатия ДНК. Во время начальной транскрипции РНК-полимераза (РНКП) остается неподвижной на промоторе и раскручивает и наматывает ДНК ниже по течению.

В течение многих лет механизм, посредством которого РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК во время абортивной инициации, оставался неуловимым. Было замечено, что РНК-полимераза не ускользает от промотора во время инициации транскрипции, поэтому было неизвестно, как фермент может считывать цепь ДНК, чтобы транскрибировать ее, не двигаясь вниз по течению . В течение последнего десятилетия исследования показали, что абортивная инициация включает в себя скручивание ДНК, при котором РНК-полимераза остается неподвижной, пока она раскручивает и втягивает нижестоящую ДНК в транскрипционный комплекс, чтобы провести нуклеотиды через активный сайт полимеразы, тем самым транскрибируя ДНК без движения. Это заставляет раскрученную ДНК накапливаться внутри фермента, отсюда и название ДНК «скручивание». При абортивной инициации РНК-полимераза скручивает и выбрасывает нижестоящую часть раскрученной ДНК, высвобождая РНК и возвращаясь к открытому комплексу РНК-полимераза-промотор; Напротив, при продуктивной инициации РНК-полимераза перематывает и выбрасывает расположенную выше часть раскрученной ДНК, нарушая взаимодействие РНК-полимеразы с промотором, ускользая от промотора и образуя комплекс удлинения транскрипции. [1] [4]

В статье 2006 года, демонстрирующей участие сморщивания ДНК в начальной транскрипции, была выдвинута идея о том, что стресс, возникающий во время сморщивания ДНК, является движущей силой как для абортивной, так и для продуктивной инициации. [4] Сопутствующая статья, опубликованная в том же году, подтвердила, что обнаруживаемое сморщивание ДНК происходит в 80% циклов транскрипции и фактически оценивается в 100%, учитывая ограничение способности обнаруживать быстрое сморщивание (20% сморщиваний имеют продолжительность менее 1 секунды). [1]

В статье 2016 года показано, что сморщивание ДНК также происходит до синтеза РНК во время выбора места начала транскрипции. [5]

Функция

Не существует общепринятых функций для полученных укороченных транскриптов РНК. Однако исследование, проведенное в 1981 году, обнаружило доказательства того, что существует связь между количеством произведенных абортивных транскриптов и временем, пока длинные цепи РНК успешно не будут произведены. Когда РНК-полимераза подвергается абортивной транскрипции в присутствии АТФ, УТФ и ГТФ, образуется комплекс, который имеет гораздо меньшую способность к абортивной рециркуляции и гораздо более высокую скорость синтеза полноразмерного транскрипта РНК. [6] Исследование, проведенное в 2010 году, обнаружило доказательства того, что эти укороченные транскрипты ингибируют прекращение синтеза РНК внутренним терминатором , зависящим от шпильки РНК . [7]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Revyakin A, Liu C, Ebright RH , Strick TR (2006). «Абортивная инициация и продуктивная инициация РНК-полимеразой включают сжатие ДНК». Science . 314 (5802): 1139–43. Bibcode :2006Sci...314.1139R. doi :10.1126/science.1131398. PMC  2754787 . PMID  17110577.
  2. ^ Goldman S, Ebright RH , Nickels B (2009). «Прямое обнаружение абортивных транскриптов РНК in vivo». Science . 324 (5929): 927–928. Bibcode : 2009Sci...324..927G. doi : 10.1126/science.1169237. PMC 2718712. PMID  19443781 . 
  3. ^ Мартин CT, Мюллер DK, Коулман JE (1988). «Процессивность на ранних стадиях транскрипции РНК-полимеразой T7». Биохимия . 27 (11): 3966–74. doi :10.1021/bi00411a012. PMID  3415967.
  4. ^ ab Kapanidis AN, Margeat E, Ho SO, Kortkhonjia E, Weiss S, Ebright RH (2006). «Первоначальная транскрипция РНК-полимеразой протекает через механизм сдавливания ДНК». Science . 314 (5802): 1144–7. Bibcode :2006Sci...314.1144K. doi :10.1126/science.1131399. PMC 2754788 . PMID  17110578. 
  5. ^ Winkelman JT, Vvedenskaya IO, Zhang Y, Zhang Y, Bird JG, Taylor DM, Gourse RL, Ebright RH, Nickels BE (2016). «Мультиплексное сшивание белков и ДНК: сжатие при выборе места начала транскрипции». Science . 351 (6277): 1090–3. Bibcode :2016Sci...351.1090W. doi :10.1126/science.aad6881. PMC 4797950 . PMID  26941320. 
  6. ^ Munson LM, Reznikoff WS (1981). «Абортивная инициация и синтез длинной рибонуклеиновой кислоты». Биохимия . 20 (8): 2081–5. doi :10.1021/bi00511a003. PMID  6165380.
  7. ^ Lee S, Nguyen HM, Kang C (2010). «Крошечные абортивные инициирующие транскрипты оказывают антитерминационную активность на зависимый от шпильки РНК внутренний терминатор». Nucleic Acids Res . 38 (18): 6045–53. doi :10.1093/nar/gkq450. PMC 2952870. PMID  20507918 .