stringtranslate.com

Терминатор (генетика)

В генетике терминатор транскрипции — это часть последовательности нуклеиновой кислоты , которая отмечает конец гена или оперона в геномной ДНК во время транскрипции . Эта последовательность опосредует терминацию транскрипции, предоставляя сигналы в недавно синтезированной транскриптной РНК, которые запускают процессы, высвобождающие транскриптную РНК из транскрипционного комплекса . Эти процессы включают прямое взаимодействие вторичной структуры мРНК с комплексом и/или косвенную активность привлеченных факторов терминации . Высвобождение транскрипционного комплекса освобождает РНК-полимеразу и связанный с ней транскрипционный аппарат для начала транскрипции новых мРНК.

У прокариот

Упрощенные схемы механизмов прокариотической транскрипционной терминации. При Rho-независимой терминации на зарождающейся мРНК образуется терминирующая шпилька, взаимодействующая с белком NusA для стимуляции высвобождения транскрипта из комплекса РНК-полимеразы (вверху). При Rho-зависимой терминации белок Rho связывается с участком вышестоящей колеи, перемещается вниз по мРНК и взаимодействует с комплексом РНК-полимеразы для стимуляции высвобождения транскрипта.

Два класса терминаторов транскрипции, Rho-зависимые и Rho-независимые, были идентифицированы в геномах прокариот . Эти широко распространенные последовательности отвечают за запуск конца транскрипции при нормальном завершении транскрипции гена или оперона , опосредуя раннее завершение транскриптов как средство регуляции, подобное наблюдаемому при транскрипционном ослаблении , и гарантируют завершение неконтролируемых транскрипционных комплексов, которым удается случайно избежать более ранних терминаторов, что предотвращает ненужные энергетические затраты для клетки.

Rho-зависимые терминаторы

Rho-зависимые терминаторы транскрипции требуют большого белка, называемого Rho-фактором , который проявляет активность РНК- хеликазы для нарушения транскрипционного комплекса мРНК-ДНК-РНК-полимеразы. Rho-зависимые терминаторы встречаются в бактериях и фагах . Rho-зависимый терминатор находится ниже трансляционных стоп-кодонов и состоит из неструктурированной, богатой цитозином последовательности на мРНК, известной как сайт использования Rho ( rut ), [1] и нижестоящей точки остановки транскрипции ( tsp ). Rut служит сайтом загрузки мРНК и активатором для Rho; активация позволяет Rho эффективно гидролизовать АТФ и транслоцироваться вниз по мРНК, пока он поддерживает контакт с сайтом rut. Rho способен догонять РНК-полимеразу, поскольку он останавливается на нижестоящих сайтах tsp . Несколько различных последовательностей могут функционировать как сайт tsp. [2] Контакт между Rho и комплексом РНК-полимеразы стимулирует диссоциацию транскрипционного комплекса посредством механизма, включающего аллостерические эффекты Rho на РНК-полимеразу. [3] [4]

Rho-независимые терминаторы

Внутренние терминаторы транскрипции или Rho-независимые терминаторы требуют формирования самоотжигающейся шпилечной структуры на удлиняющемся транскрипте, что приводит к нарушению тройного комплекса мРНК-ДНК-РНК-полимеразы . Последовательность терминатора в ДНК содержит богатую GC область симметрии диады из 20 пар оснований , за которой следует короткий поли-A-тракт или «A-участок», который транскрибируется для формирования терминирующей шпильки и 7–9-нуклеотидного «U-тракта» соответственно. Предполагается, что механизм терминации происходит посредством комбинации прямого содействия диссоциации через аллостерические эффекты взаимодействий связывания шпильки с РНК-полимеразой и «конкурентной кинетики». Образование шпильки вызывает остановку и дестабилизацию РНК-полимеразы, что приводит к большей вероятности того, что диссоциация комплекса произойдет в этом месте из-за увеличенного времени, проведенного в паузе на этом месте, и снижения стабильности комплекса. [5] [6] Кроме того, фактор удлинения белка NusA взаимодействует с РНК-полимеразой и шпильковой структурой, стимулируя терминацию транскрипции. [7]

У эукариот

В эукариотической транскрипции мРНК сигналы терминатора распознаются белковыми факторами, которые связаны с РНК-полимеразой II и которые запускают процесс терминации. Геном кодирует один или несколько сигналов полиаденилирования . После того, как сигналы транскрибируются в мРНК, белки фактор специфичности расщепления и полиаденилирования (CPSF) и фактор стимуляции расщепления (CstF) переходят из карбоксильного концевого домена РНК-полимеразы II в поли-А-сигнал. Затем эти два фактора привлекают другие белки к сайту для расщепления транскрипта, освобождая мРНК от транскрипционного комплекса, и добавляют строку из примерно 200 А-повторов к 3'-концу мРНК в процессе, известном как полиаденилирование . Во время этих этапов обработки РНК-полимераза продолжает транскрибировать от нескольких сотен до нескольких тысяч оснований и в конечном итоге диссоциирует от ДНК и нижестоящего транскрипта через неясный механизм; Существуют две основные модели этого события, известные как торпедная и аллостерическая модели. [8] [9]

Модель торпеды

После завершения и расщепления мРНК на поли-А-сигнальной последовательности оставшаяся (остаточная) цепь РНК остается связанной с ДНК-матрицей и единицей РНК-полимеразы II , продолжая транскрибироваться. После этого расщепления так называемая экзонуклеаза связывается с остаточной цепью РНК и удаляет только что транскрибированные нуклеотиды по одному за раз (также называемая «деградацией» РНК), двигаясь к связанной РНК-полимеразе II. Эта экзонуклеаза — XRN2 (5'-3' экзорибонуклеаза 2) у людей. Эта модель предполагает, что XRN2 продолжает деградировать незащищенную остаточную РНК с 5' на 3', пока она не достигнет единицы РНК-полимеразы II. Это заставляет экзонуклеазу «отталкивать» единицу РНК-полимеразы II, проходя мимо нее, завершая транскрипцию, а также очищая остаточную цепь РНК.

Подобно Rho-зависимому терминированию, XRN2 запускает диссоциацию РНК-полимеразы II, либо отталкивая полимеразу от ДНК-матрицы, либо вытягивая матрицу из РНК-полимеразы. [10] Механизм, посредством которого это происходит, остается неясным, однако, и подвергается сомнению, что он не является единственной причиной диссоциации. [11]

Для защиты транскрибированной мРНК от деградации экзонуклеазой к цепи добавляется 5'-кэп . Это модифицированный гуанин, добавленный к передней части мРНК, который не позволяет экзонуклеазе связываться с цепью РНК и деградировать ее. 3'- поли(А)-хвост добавляется к концу цепи мРНК для защиты от других экзонуклеаз.

Аллостерическая модель

Аллостерическая модель предполагает, что терминация происходит из-за структурного изменения единицы РНК-полимеразы после связывания или потери некоторых из ее ассоциированных белков, что заставляет ее отсоединяться от цепи ДНК после сигнала. [9] Это произойдет после того, как единица РНК-полимеразы II транскрибирует сигнальную последовательность поли-А, которая действует как сигнал терминатора.

РНК-полимераза обычно способна эффективно транскрибировать ДНК в одноцепочечную мРНК. Однако при транскрипции по сигналам поли-А на матрице ДНК в РНК-полимеразе индуцируется конформационный сдвиг из-за предполагаемой потери связанных белков из ее карбоксильного концевого домена . Это изменение конформации снижает процессивность РНК-полимеразы, делая фермент более склонным к диссоциации от своего субстрата ДНК-РНК. В этом случае терминация не завершается деградацией мРНК, а вместо этого опосредуется ограничением эффективности удлинения РНК-полимеразы и, таким образом, увеличением вероятности того, что полимераза диссоциирует и завершит свой текущий цикл транскрипции. [8]

Не-мРНК

У нескольких РНК-полимераз эукариот есть свои собственные способы терминации. Pol I останавливается TTF1 (дрожжевой Nsi1), который распознает нисходящую последовательность ДНК; эндонуклеаза — XRN2 (дрожжевой Rat1). Pol III способна терминировать на своем участке As на матричной цепи. [12]

Наконец, Pol II также имеет поли(A)-независимые режимы терминации, которые требуются при транскрипции генов snRNA и snoRNA в дрожжах. За это отвечает дрожжевой белок Nrd1 . [9] Какой-то человеческий механизм, возможно PCF11, по-видимому, вызывает преждевременную терминацию, когда pol II транскрибирует гены ВИЧ. [13]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ди Сальво, Марко; Пуччио, Симоне; Пеано, Клелия; Лакур, Стефан; Алифано, Пьетро (7 марта 2019 г.). «RhoTermPredict: алгоритм прогнозирования Rho-зависимых терминаторов транскрипции на основе баз данных Escherichia coli, Bacillus subtilis и Salmonella enterica». BMC Bioinformatics . 20 (1): 117. doi : 10.1186/s12859-019-2704-x . PMC 6407284 . PMID  30845912. 
  2. ^ Ричардсон, Дж. П. (1996). «Rho-зависимая терминация транскрипции регулируется в первую очередь последовательностями использования Rho выше по течению (rut) терминатора». Журнал биологической химии . 271 (35): 21597–21603. doi : 10.1074/jbc.271.35.21597 . ISSN  0021-9258. PMID  8702947.
  3. ^ Ciampi, MS. (Сентябрь 2006). «Rho-зависимые терминаторы и терминация транскрипции». Микробиология . 152 (Pt 9): 2515–28. doi : 10.1099/mic.0.28982-0 . PMID  16946247.
  4. ^ Эпштейн, В.; Дутта, Д.; Уэйд, Дж.; Нудлер, Э. (14 января 2010 г.). «Аллостерический механизм Rho-зависимой терминации транскрипции». Nature . 463 (7278): 245–9. Bibcode :2010Natur.463..245E. doi :10.1038/nature08669. PMC 2929367 . PMID  20075920. 
  5. ^ фон Хиппель, PH (1998). «Интегрированная модель транскрипционного комплекса при удлинении, терминации и редактировании». Science . 281 (5377): 660–665. Bibcode :1998Sci...281..660.. doi :10.1126/science.281.5377.660. PMID  9685251. S2CID  11046390.
  6. ^ Гусаров, Иван; Нудлер, Евгений (1999). «Механизм внутренней терминации транскрипции». Molecular Cell . 3 (4): 495–504. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80477-3 . ISSN  1097-2765. PMID  10230402.
  7. ^ Сантанджело, Т.Дж.; Арцимович, И. (май 2011 г.). «Терминация и антитерминация: РНК-полимераза пробегает стоп-сигнал». Nat Rev Microbiol . 9 (5): 319–29. doi :10.1038/nrmicro2560. PMC 3125153. PMID 21478900  . 
  8. ^ ab Watson, J. (2008). Молекулярная биология гена . Cold Spring Harbor Laboratory Press. стр. 410–411. ISBN 978-0-8053-9592-1.
  9. ^ abc Розонина, Эмануэль; Канеко, Сьюзо; Мэнли, Джеймс Л. (2006-05-01). «Прекращение транскрипта: разрыв — это трудно». Гены и развитие . 20 (9): 1050–1056. doi : 10.1101/gad.1431606 . ISSN  0890-9369. PMID  16651651.
  10. ^ Luo, W.; Bartley D. (2004). «Рибонуклеолитическая крыса торпедирует РНК-полимеразу II». Cell . 119 (7): 911–914. doi : 10.1016/j.cell.2004.11.041 . PMID  15620350.
  11. ^ Луо, Вэйфей; Джонсон, Арлен В.; Бентли, Дэвид Л. (2006-04-15). «Роль Rat1 в связывании обработки 3′-конца мРНК с терминацией транскрипции: последствия для единой аллостерической–торпедной модели». Гены и развитие . 20 (8): 954–965. doi :10.1101/gad.1409106. ISSN  0890-9369. PMC 1472303. PMID 16598041  . 
  12. ^ Аримбассери, AG; Риджал, К; Марайя, Р.Дж. (март 2013 г.). «Терминация транскрипции эукариотической РНК-полимеразой III». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1829 (3–4): 318–30. дои :10.1016/j.bbagrm.2012.10.006. ПМК 3568203 . ПМИД  23099421. 
  13. ^ Гилмор, Дэвид С.; Фань, Руопенг (январь 2008 г.). «Снятие локомотива с рельсов: прекращение транскрипции». Журнал биологической химии . 283 (2): 661–664. doi : 10.1074/jbc.R700032200 . PMID  17998201.

Внешние ссылки