Внутреннее завершение

Внутренняя , или rho-независимая терминация , представляет собой процесс, сигнализирующий об окончании транскрипции и высвобождении вновь построенной молекулы РНК . У бактерий, таких как E. coli , транскрипция завершается либо rho-зависимым, либо rho-независимым процессом. При Rho-зависимом процессе rho-белок находит и связывает сигнальную последовательность в мРНК и подает сигнал о расщеплении. Напротив, внутренняя терминация не требует специального белка для подачи сигнала о терминации и контролируется специфическими последовательностями РНК. Когда начинается процесс терминации, транскрибируемая мРНК образует стабильную шпильку вторичной структуры, также известную как « стебель-петля» . За этой шпилькой РНК следуют несколько нуклеотидов урацила. Связи между урацилом (rU) и аденином (dA) очень слабые. Белок, связанный с РНК-полимеразой (nusA), достаточно прочно связывается со структурой «стебель-петля», что приводит к временной остановке полимеразы. Эта пауза полимеразы совпадает с транскрипцией полиурациловой последовательности. Слабые связи аденин-урацил снижают энергию дестабилизации дуплекса РНК-ДНК, позволяя ему раскручиваться и диссоциировать от РНК-полимеразы. В целом, именно модифицированная структура РНК завершает транскрипцию.

Структуры «стебель-петля», за которыми не следует полиурациловая последовательность, заставляют РНК-полимеразу останавливаться, но обычно она продолжает транскрипцию через короткое время, поскольку дуплекс слишком стабилен, чтобы раскрутиться достаточно далеко, чтобы вызвать терминацию.

Rho-независимая терминация транскрипции является частым механизмом, лежащим в основе активности цис -действующих регуляторных элементов РНК, таких как рибопереключатели .

Функция

Целевая функция внутренней терминации состоит в передаче сигнала о диссоциации тройного комплекса элонгации (TEC) , завершающего транскрипт. Внутренняя терминация не зависит от белка Rho , в отличие от Rho-зависимой терминации, при которой бактериальный белок Rho входит и действует на РНК-полимеразу, вызывая ее диссоциацию. ^{[ 1 ]} Здесь нет лишнего белка и транскрипт образует собственную петлеобразную структуру. Таким образом, внутренняя терминация также регулирует уровень транскрипции, определяя, сколько полимераз может транскрибировать ген за определенный период времени, и может помочь предотвратить взаимодействие с соседними хромосомами. ^{[ 1 ]}

Регулирование

Сам процесс регулируется как положительными, так и отрицательными факторами завершения, обычно за счет модификации структуры шпильки. Это достигается за счет взаимодействия с одноцепочечной РНК, которая соответствует области выше петли, что приводит к нарушению процесса терминации. Более того, существует некоторое предположение, что участок ореха также может способствовать регуляции, поскольку он участвует в рекрутировании некоторых критических компонентов при формировании шпильки. ^{[ 2 ]}

Структура

При внутренней терминации транскрипт РНК удваивает обратную связь и пары оснований сам с собой, создавая структуру «стебель-петля» РНК , или шпильку. Эта структура имеет решающее значение для высвобождения как транскрипта, так и полимеразы в конце транскрипции. ^{[ 3 ]} В живых клетках ключевыми компонентами являются сама стабильная стволовая петля, а также последовательность из 6-8 остатков урацила , следующих за ней. ^{[ 3 ]} Стебель обычно состоит из 8-9 пар оснований, преимущественно гуанина и цитозина (GC), а петля состоит из 4-8 остатков. Считается, что стволовая часть структуры необходима для терминации транскрипции, а петля — нет. ^{[ 4 ]} На это указывает тот факт, что завершение может быть достигнуто в неродных структурах, которые не включают цикл. ^{[ 5 ]}

Стержневая часть шпильки обычно богата парами оснований GC. Пары оснований GC обладают значительными взаимодействиями при штабелировании оснований и могут образовывать три водородные связи друг с другом, что делает их очень термодинамически выгодными. И наоборот, хотя богатая урацилом последовательность, следующая за шпилькой, не всегда необходима для терминации, ^{[ 6 ]} предполагается, что богатая урацилом последовательность способствует внутренней терминации, поскольку связь UA не так сильна, как связи GC. ^{[ 4 ]} Эта присущая ему нестабильность кинетически способствует диссоциации транскрипта РНК. ^{[ 4 ]}

Эксперименты по определению структурно значимых особенностей

Чтобы определить оптимальную длину стебля, исследователи изменили его длину и наблюдали, как быстро происходит терминация. ^{[ 3 ]} Когда длина стебля удлинялась или укорачивалась по сравнению со стандартной длиной в 8-9 пар оснований, терминация была менее эффективной, а если изменения были достаточно большими, терминация прекращалась полностью. ^{[ 3 ]}

Эксперименты определили, что если присутствует олигонуклеотидная последовательность, идентичная нижестоящей части стебля, она образует пару оснований с вышестоящей частью. ^{[ 5 ]} Это создает структуру, аналогичную исходной структуре «стебель-петля», но в конце отсутствует цикл. Без присутствия цикла внутреннее завершение все равно может произойти. ^{[ 5 ]} Это указывает на то, что цикл по своей сути не является необходимым для внутреннего завершения. ^{[ нужна ссылка ]}

Как правило, отсутствие богатой урацилом последовательности, следующей за стебель-петлей, приводит к задержке или паузе в транскрипции, но терминация не прекращается полностью. ^{[ 6 ]}

Механизм

Внутреннее терминирование осуществляется сигналами, непосредственно закодированными в ДНК и РНК. Сигнал появляется в виде шпильки, за которым следуют 8 уридинов на 3'-конце. Это приводит к быстрой диссоциации комплекса элонгации. Шпилька инактивирует и дестабилизирует TEC, ослабляя взаимодействия в сайте связывания РНК-ДНК и других сайтах, которые удерживают этот комплекс вместе. Пауза, вызванная растяжением урацилов, важна и дает время для образования шпильки. В отсутствие U-тракта образование шпилек не приводит к эффективному терминации, что указывает на его важность в этом процессе. ^{[ 7 ]}

Процесс дестабилизации удлинения происходит в четыре этапа. ^{[ 7 ]}

поскольку РНК-полимераза транскрибирует конечные нуклеотиды терминатора U-тракта, она делает паузу в конце U-тракта, отдавая предпочтение пути терминации в кинетической конкуренции между элонгацией и терминацией.
Шпилька Терминатора (Thp) Нуклеация
завершение шпильки и инактивация комплекса элонгации
диссоциация комплекса элонгации. Полный механизм, вероятно, включает специфические взаимодействия полимеразы, шпильки терминатора РНК и богатых dT матричных последовательностей.

Торможение

Что касается ингибиторов внутренней терминации, многое еще неизвестно. Одним из немногих известных примеров является белок бактериофага 7. Он состоит из крио-ЭМ структур 3.4A и 4.0A P7-NusA-TEC и P7-TEC. ^{[ 8 ]} Этот бактериофаговый белок 7 останавливает терминацию транскрипции, блокируя канал выхода РНК из РНК-полимеразы (РНКП) и препятствуя образованию шпильки РНК на внутреннем терминаторе. Более того, белок бактериофага 7 ингибирует движения зажимов РНКП. ^{[ 8 ]} Укорочение С-концевой полуспирали РНКП несколько снижает ингибирующую активность. Эти движения зажима РНКП были нацелены на некоторые другие ингибиторы бактериальной РНКП. К этим ингибиторам относятся миксопиронин , кораллопиронин и рипостатин. Они действуют путем ингибирования изомеризации. ^{[ 8 ]}

За пределами бактерий

РНК-полимеразы во всех трех доменах жизни имеют ту или иную версию факторно-независимой терминации. Все они используют полиурациловые пути, хотя точные механизмы и дополнительные последовательности различаются. У архей и эукариотов шпилька, по-видимому, не требуется. ^{[ 9 ]}

Архея

Транскрипция архей имеет общие эукариотические и бактериальные связи. С эукариотами он имеет сходство со своими факторами инициации, которые помогают транскрипции идентифицировать соответствующие последовательности, такие как гомологи ТАТА-бокса , а также факторы, которые поддерживают элонгацию транскрипции. Однако для осуществления всего процесса необходимы дополнительные факторы транскрипции, подобные тем, которые обнаружены у бактерий. ^{[ 9 ]}

Что касается терминации транскрипции, геном архей уникален тем, что он чувствителен как к внутренней терминации, так и к фактор-зависимой терминации. Биоинформатический анализ показал, что примерно половина генов и оперонов у архей организуются в сигналы или содержат сигналы внутренней терминации. ^{[ 10 ]} Архейная РНК-полимераза реагирует на внутренние сигналы как in vivo , так и in vitro, такие как участки, богатые поли-U. Однако, в отличие от внутренней терминации бактерий, не требуется никакой конкретной структуры РНК или шпильки. Окружающая среда и другие факторы генома все еще могут влиять на прекращение. ^{[ 10 ]}

Факторозависимая терминация у архей также отличается от факторзависимой терминации у бактерий. ^{[ 9 ]} Фактор терминации aCASP1 (также известный как FttA) распознает регионы, богатые поли-U, вероятно, сотрудничая с «внутренним» режимом для достижения более эффективной терминации. ^{[ 11 ]}

Эукариоты

РНК-полимераза III осуществляет «внутреннюю» терминацию. Большинство генов, транскрибируемых РНКП III, имеют поли(дТ)-участок. Однако, хотя поли(дТ) приостанавливает каждую РНК-полимеразу, одного этого не может быть достаточно; какой-то другой механизм должен дестабилизировать зажим. В RNAP III некоторые сайты поли(дТ) действительно иногда считываются: некоторые гены имеют несколько таких участков, что позволяет производить транскрипты разной длины. ^{[ 12 ]}

Нестабильность гибридов rU:dA, вероятно, важна для терминации с помощью RNAP III. Функционально важны части основных субъединиц С1 и С2, а также «субкомплексы» С53/37 и С11. Ряд внешних факторов может изменить поведение завершения. ^{[ 12 ]}

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Фарнхэм, ПиДжей; Платт, Т. (11 февраля 1981 г.). «Rho-независимая терминация: симметрия диады в ДНК заставляет РНК-полимеразу останавливаться во время транскрипции in vitro» . Исследования нуклеиновых кислот . 9 (3): 563–77. дои : 10.1093/нар/9.3.563 . ПМК 327222 . ПМИД 7012794 .
^ Гусаров Иван; Нудлер, Евгений (ноябрь 2001 г.). «Контроль внутренней терминации транскрипции с помощью N и NusA» . Клетка . 107 (4): 437–449. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00582-7 . ПМИД 11719185 . S2CID 18417148 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Уилсон, Канзас; Фон Хиппель, PH (1995). «Терминация транскрипции на внутренних терминаторах: роль шпильки РНК» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 92 (19): 8793–8797. Бибкод : 1995PNAS...92.8793W . дои : 10.1073/pnas.92.19.8793 . ПМК 41053 . ПМИД 7568019 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Робертс, Джеффри (2019). «Механизмы бактериальной терминации транскрипции» . Дж Мол Биол . 431 (20): 4030–4039. дои : 10.1016/j.jmb.2019.04.003 . ПМИД 30978344 . S2CID 111390626 . Проверено 15 ноября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ярнелл, AWS; Робертс, JW (1999). «Механизм внутренней терминации и антитерминации транскрипции» . Наука . 284 (5414): 611–5. Бибкод : 1999Sci...284..611Y . дои : 10.1126/science.284.5414.611 . ПМИД 10213678 . Проверено 15 ноября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б Питерс, Дж. М.; Вангелофф, А.Д.; Ландик, Р. (7 октября 2011 г.). «Бактериальные терминаторы транскрипции: хроники 3'-конца РНК» . Журнал молекулярной биологии . 412 (5): 793–813. дои : 10.1016/j.jmb.2011.03.036 . ПМК 3622210 . ПМИД 21439297 .
^ Jump up to: ^а ^б Гусаров И; Нудлер, Э. (апрель 1999 г.). «Механизм внутренней терминации транскрипции» . Молекулярная клетка . 3 (4): 495–504. дои : 10.1016/s1097-2765(00)80477-3 . ПМИД 10230402 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ты, Линлин; Ши, Цзин; Шен, Лицян; Ли, Лингтинг; Фанг, Чэнли; Ю, Чэнчжи; Ченг, Вэньбо; Фэн, Ю; Чжан, Ю (декабрь 2019 г.). «Структурная основа антитерминации транскрипции на внутреннем бактериальном терминаторе» . Природные коммуникации . 10 (1): 3048. Бибкод : 2019NatCo..10.3048Y . дои : 10.1038/s41467-019-10955-x . ПМК 6624301 . ПМИД 31296855 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Венк, БР; Сантанджело, Ти Джей (октябрь 2020 г.). «Археальная транскрипция» . Транскрипция . 11 (5): 199–210. дои : 10.1080/21541264.2020.1838865 . ПМЦ 7714419 . ПМИД 33112729 .
^ Jump up to: ^а ^б Уокер, Дж. Э.; Луйтиес, О; Сантанджело, ТиДжей (15 августа 2017 г.). «Факторно-зависимая терминация транскрипции архей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (33): E6767–E6773. Бибкод : 2017PNAS..114E6767W . дои : 10.1073/pnas.1704028114 . ПМЦ 5565431 . ПМИД 28760969 .
^ Ли, Дж; Юэ, Л; Ли, З; Чжан, Вт; Чжан, Б; Чжао, Ф; Донг, X (29 декабря 2021 г.). «aCPSF1 взаимодействует с терминаторным U-трактом, определяя эффективность терминации транскрипции архей» . электронная жизнь . 10 . дои : 10.7554/eLife.70464 . ПМЦ 8716108 . ПМИД 34964713 .
^ Jump up to: ^а ^б Аримбасери, АГ; Риджал, К; Марайя, Р.Дж. (март 2013 г.). «Терминация транскрипции эукариотической РНК-полимеразой III» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1829 (3–4): 318–30. дои : 10.1016/j.bbagrm.2012.10.006 . ПМК 3568203 . ПМИД 23099421 .

[Intrinsic_Functions-1] Jump up to: ^а ^б Фарнхэм, ПиДжей; Платт, Т. (11 февраля 1981 г.). «Rho-независимая терминация: симметрия диады в ДНК заставляет РНК-полимеразу останавливаться во время транскрипции in vitro» . Исследования нуклеиновых кислот . 9 (3): 563–77. дои : 10.1093/нар/9.3.563 . ПМК 327222 . ПМИД 7012794 .

[Regulation_Intrinsic-2] Гусаров Иван; Нудлер, Евгений (ноябрь 2001 г.). «Контроль внутренней терминации транскрипции с помощью N и NusA» . Клетка . 107 (4): 437–449. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00582-7 . ПМИД 11719185 . S2CID 18417148 .

[Wilson_et._al.-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Уилсон, Канзас; Фон Хиппель, PH (1995). «Терминация транскрипции на внутренних терминаторах: роль шпильки РНК» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 92 (19): 8793–8797. Бибкод : 1995PNAS...92.8793W . дои : 10.1073/pnas.92.19.8793 . ПМК 41053 . ПМИД 7568019 .

[Roberts-4] Jump up to: ^а ^б ^с Робертс, Джеффри (2019). «Механизмы бактериальной терминации транскрипции» . Дж Мол Биол . 431 (20): 4030–4039. дои : 10.1016/j.jmb.2019.04.003 . ПМИД 30978344 . S2CID 111390626 . Проверено 15 ноября 2020 г.

[Yarnell_et._al.-5] Jump up to: ^а ^б ^с Ярнелл, AWS; Робертс, JW (1999). «Механизм внутренней терминации и антитерминации транскрипции» . Наука . 284 (5414): 611–5. Бибкод : 1999Sci...284..611Y . дои : 10.1126/science.284.5414.611 . ПМИД 10213678 . Проверено 15 ноября 2020 г.

[Peters_et._al.-6] Jump up to: ^а ^б Питерс, Дж. М.; Вангелофф, А.Д.; Ландик, Р. (7 октября 2011 г.). «Бактериальные терминаторы транскрипции: хроники 3'-конца РНК» . Журнал молекулярной биологии . 412 (5): 793–813. дои : 10.1016/j.jmb.2011.03.036 . ПМК 3622210 . ПМИД 21439297 .

[Gusarov_et_al.-7] Jump up to: ^а ^б Гусаров И; Нудлер, Э. (апрель 1999 г.). «Механизм внутренней терминации транскрипции» . Молекулярная клетка . 3 (4): 495–504. дои : 10.1016/s1097-2765(00)80477-3 . ПМИД 10230402 .

[You_et_al.-8] Jump up to: ^а ^б ^с Ты, Линлин; Ши, Цзин; Шен, Лицян; Ли, Лингтинг; Фанг, Чэнли; Ю, Чэнчжи; Ченг, Вэньбо; Фэн, Ю; Чжан, Ю (декабрь 2019 г.). «Структурная основа антитерминации транскрипции на внутреннем бактериальном терминаторе» . Природные коммуникации . 10 (1): 3048. Бибкод : 2019NatCo..10.3048Y . дои : 10.1038/s41467-019-10955-x . ПМК 6624301 . ПМИД 31296855 .

[p33112729-9] Jump up to: ^а ^б ^с Венк, БР; Сантанджело, Ти Джей (октябрь 2020 г.). «Археальная транскрипция» . Транскрипция . 11 (5): 199–210. дои : 10.1080/21541264.2020.1838865 . ПМЦ 7714419 . ПМИД 33112729 .

[Walker_et_al.-10] Jump up to: ^а ^б Уокер, Дж. Э.; Луйтиес, О; Сантанджело, ТиДжей (15 августа 2017 г.). «Факторно-зависимая терминация транскрипции архей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (33): E6767–E6773. Бибкод : 2017PNAS..114E6767W . дои : 10.1073/pnas.1704028114 . ПМЦ 5565431 . ПМИД 28760969 .

[11] Ли, Дж; Юэ, Л; Ли, З; Чжан, Вт; Чжан, Б; Чжао, Ф; Донг, X (29 декабря 2021 г.). «aCPSF1 взаимодействует с терминаторным U-трактом, определяя эффективность терминации транскрипции архей» . электронная жизнь . 10 . дои : 10.7554/eLife.70464 . ПМЦ 8716108 . ПМИД 34964713 .

[Arim13-12] Jump up to: ^а ^б Аримбасери, АГ; Риджал, К; Марайя, Р.Дж. (март 2013 г.). «Терминация транскрипции эукариотической РНК-полимеразой III» . Биохимия и биофизика Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1829 (3–4): 318–30. дои : 10.1016/j.bbagrm.2012.10.006 . ПМК 3568203 . ПМИД 23099421 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]