Терминатор (генетика)
В генетике терминатор транскрипции представляет собой участок последовательности нуклеиновой кислоты , который отмечает конец гена или оперона в геномной ДНК во время транскрипции . Эта последовательность опосредует терминацию транскрипции, обеспечивая сигналы во вновь синтезированной транскриптной РНК, которые запускают процессы, которые высвобождают транскриптную РНК из транскрипционного комплекса . Эти процессы включают прямое взаимодействие вторичной структуры мРНК с комплексом и/или косвенную активность рекрутированных факторов терминации . Высвобождение транскрипционного комплекса освобождает РНК-полимеразу и связанный с ней транскрипционный аппарат, чтобы начать транскрипцию новых мРНК.
У прокариот
[ редактировать ] |
идентифицированы два класса терминаторов транскрипции: Rho-зависимые и Rho-независимые прокариот В геномах . Эти широко распространенные последовательности ответственны за запуск окончания транскрипции после нормального завершения транскрипции гена или оперона , опосредуют раннюю терминацию транскриптов как средство регуляции, например, наблюдаемое при ослаблении транскрипции , и обеспечивают терминацию вышедших из-под контроля транскрипционных комплексов, которые управляют случайно избежать более ранних терминаторов, что предотвращает ненужные затраты энергии на клетку.
Rho-зависимые терминаторы
[ редактировать ]Rho-зависимым терминаторам транскрипции требуется большой белок, называемый фактором Rho , который проявляет РНК- хеликазную активность для разрушения транскрипционного комплекса мРНК-ДНК-РНК-полимераза. Rho-зависимые терминаторы обнаружены у бактерий и фагов . Rho-зависимый терминатор расположен ниже трансляционных стоп-кодонов и состоит из неструктурированной, богатой цитозином последовательности мРНК, известной как сайт утилизации Rho ( rut ). [ 1 ] и нисходящая точка остановки транскрипции ( tsp ). Гон ; служит местом загрузки мРНК и активатором Rho Активация позволяет Rho эффективно гидролизовать АТФ и перемещать мРНК вниз, сохраняя при этом контакт с местом гона. Rho способен догнать РНК-полимеразу, потому что она останавливается на нижних 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 ]
Ро-независимые терминаторы
[ редактировать ]Внутренние терминаторы транскрипции или Rho-независимые терминаторы требуют образования самоотжигающейся шпильки на удлиняющемся транскрипте, что приводит к разрушению тройного комплекса мРНК-ДНК-РНК-полимераза . Последовательность терминатора в ДНК содержит богатую GC область диадной симметрии из 20 пар оснований , за которой следует короткий поли-А-тракт или «участок А», который транскрибируется с образованием терминальной шпильки и 7–9-нуклеотидного «U-тракта» соответственно. Предполагается, что механизм терминации происходит за счет сочетания прямого стимулирования диссоциации за счет аллостерических эффектов взаимодействия 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 увеличения времени, проведенного в паузе в этом месте, и снижения стабильности комплекса. [ 5 ] [ 6 ] Кроме того, фактор элонгации белка NusA взаимодействует с РНК-полимеразой и шпилечной структурой, стимулируя терминацию транскрипции. [ 7 ]
У эукариотов
[ редактировать ]При эукариотической транскрипции мРНК сигналы терминатора распознаются белковыми факторами, связанными с РНК-полимеразой II и запускающими процесс терминации. Геном кодирует один или несколько сигналов полиаденилирования . Как только сигналы транскрибируются в мРНК, факторы расщепления и специфичности полиаденилирования белков (CPSF) и фактор стимуляции расщепления (CstF) передаются с карбоксильного концевого домена РНК-полимеразы II на сигнал поли-А. Эти два фактора затем привлекают к сайту другие белки для расщепления транскрипта, освобождая мРНК от транскрипционного комплекса, и добавляют цепочку из примерно 200 А-повторов к 3'-концу мРНК в процессе, известном как полиаденилирование . Во время этих этапов процессинга РНК-полимераза продолжает транскрибировать от нескольких сотен до нескольких тысяч оснований и в конечном итоге диссоциирует от ДНК и нижестоящего транскрипта по неясному механизму; Есть две основные модели этого события, известные как торпедная и аллостерическая модели. [ 8 ] [ 9 ]
Модель торпеды
[ редактировать ]После того как мРНК завершается и отщепляется по сигнальной последовательности поли-А, оставшаяся (остаточная) цепь РНК остается связанной с матрицей ДНК и единицей РНК-полимеразы II , продолжая транскрибироваться. После этого расщепления так называемая экзонуклеаза связывается с остаточной цепью РНК и удаляет свежетранскрибированные нуклеотиды по одному (также называемое «деградацией» РНК), продвигаясь к связанной РНК-полимеразе II. Эта экзонуклеаза у человека представляет собой XRN2 (5'-3' экзорибонуклеаза 2). Эта модель предполагает, что XRN2 продолжает расщеплять непокрытую остаточную РНК с 5' на 3', пока она не достигнет единицы РНК pol II. Это заставляет экзонуклеазу «отталкивать» единицу РНК pol II, когда она проходит мимо нее, прекращая транскрипцию и одновременно очищая остаточную цепь РНК.
Подобно Rho-зависимому терминированию, XRN2 запускает диссоциацию РНК-полимеразы II, либо отталкивая полимеразу от матрицы ДНК, либо вытягивая матрицу из РНК-полимеразы. [ 10 ] Однако механизм, посредством которого это происходит, остается неясным, и предполагается, что он не является единственной причиной диссоциации. [ 11 ]
Чтобы защитить транскрибируемую мРНК от деградации экзонуклеазой, 5'-кэп к цепи добавляют . Это модифицированный гуанин, добавленный к передней части мРНК, который предотвращает связывание экзонуклеазы и разрушение цепи РНК. 3'- поли(А)-хвост добавляется к концу цепи мРНК для защиты также от других экзонуклеаз.
Аллостерическая модель
[ редактировать ]Аллостерическая модель предполагает, что терминация происходит из-за структурного изменения единицы РНК-полимеразы после связывания с некоторыми из связанных с ней белков или потери их, что приводит к ее отсоединению от цепи ДНК после сигнала. [ 9 ] Это может произойти после того, как единица РНК pol II транскрибирует сигнальную последовательность поли-А, которая действует как сигнал терминатора.
РНК-полимераза обычно способна эффективно транскрибировать ДНК в одноцепочечную мРНК. Однако при транскрипции сигналов 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 элонгации РНК-полимеразы и, таким образом, увеличением вероятности того, что полимераза диссоциирует и завершит свой текущий цикл транскрипции. [ 8 ]
Не-мРНК
[ редактировать ]Каждая из нескольких РНК-полимераз у эукариот имеет свои собственные способы терминации. Pol I останавливается TTF1 (дрожжевой Nsi1), который распознает следующую последовательность ДНК; эндонуклеаза - XRN2 (дрожжи Rat1). Pol III способен оканчиваться на своем участке As на цепи матрицы. [ 12 ]
Наконец, Pol II также имеет поли(А)-независимые способы терминации, которые необходимы, когда он транскрибирует гены мяРНК и мякРНК у дрожжей. дрожжевой белок Nrd1 . За это отвечает [ 9 ] Какой-то человеческий механизм, возможно, PCF11 , по-видимому, вызывает преждевременное прекращение генов, когда pol II транскрибирует гены ВИЧ. [ 13 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ди Сальво, Марко; Пуччо, Симона; 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» . БМК Биоинформатика . 20 (1): 117. дои : 10.1186/s12859-019-2704-x . ПМК 6407284 . ПМИД 30845912 .
- ^ Ричардсон, JP (1996). «Rho-зависимая терминация транскрипции регулируется в первую очередь восходящими последовательностями Rho-использования (колеи) терминатора» . Журнал биологической химии . 271 (35): 21597–21603. дои : 10.1074/jbc.271.35.21597 . ISSN 0021-9258 . ПМИД 8702947 .
- ^ Чампи, MS. (сентябрь 2006 г.). «Rho-зависимые терминаторы и терминация транскрипции» . Микробиология . 152 (Часть 9): 2515–28. дои : 10.1099/mic.0.28982-0 . ПМИД 16946247 .
- ^ Эпштейн, В; Дутта, Д; Уэйд, Дж; Нудлер, Э. (14 января 2010 г.). «Аллостерический механизм Rho-зависимой терминации транскрипции» . Природа . 463 (7278): 245–9. Бибкод : 2010Natur.463..245E . дои : 10.1038/nature08669 . ПМЦ 2929367 . ПМИД 20075920 .
- ^ фон Хиппель, PH (1998). «Интегрированная модель транскрипционного комплекса при элонгации, терминации и редактировании». Наука . 281 (5377): 660–665. Бибкод : 1998Sci...281..660. . дои : 10.1126/science.281.5377.660 . ПМИД 9685251 . S2CID 11046390 .
- ^ Гусаров Иван; Нудлер, Евгений (1999). «Механизм внутренней терминации транскрипции» . Молекулярная клетка . 3 (4): 495–504. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80477-3 . ISSN 1097-2765 . ПМИД 10230402 .
- ^ Сантанджело, Техас; Арцимович И. (май 2011 г.). «Терминация и антитерминация: РНК-полимераза запускает знак остановки» . Nat Rev Микробиол . 9 (5): 319–29. дои : 10.1038/nrmicro2560 . ПМК 3125153 . ПМИД 21478900 .
- ^ Jump up to: а б Уотсон, Дж. (2008). Молекулярная биология гена . Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. стр. 410–411. ISBN 978-0-8053-9592-1 .
- ^ Jump up to: а б с Розонина, Эмануэль; Канеко, Сюзо; Мэнли, Джеймс Л. (1 мая 2006 г.). «Прекращение стенограммы: расстаться сложно» . Гены и развитие . 20 (9): 1050–1056. дои : 10.1101/gad.1431606 . ISSN 0890-9369 . ПМИД 16651651 .
- ^ Луо, В.; Бартли Д. (2004). «Рибонуклеолитическая крыса торпедирует РНК-полимеразу II» . Клетка . 119 (7): 911–914. дои : 10.1016/j.cell.2004.11.041 . ПМИД 15620350 .
- ^ Ло, Вэйфэй; Джонсон, Арлен В.; Бентли, Дэвид Л. (15 апреля 2006 г.). «Роль Rat1 в соединении процессинга 3'-конца мРНК с терминацией транскрипции: значение для единой модели аллостерической торпеды» . Гены и развитие . 20 (8): 954–965. дои : 10.1101/gad.1409106 . ISSN 0890-9369 . ПМЦ 1472303 . ПМИД 16598041 .
- ^ 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 .
- ^ Гилмор, Дэвид С.; Фан, Рупенг (январь 2008 г.). «Сход с рельсов локомотива: прекращение транскрипции» . Журнал биологической химии . 283 (2): 661–664. дои : 10.1074/jbc.R700032200 . ПМИД 17998201 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Терминатор + последовательность Национальной медицинской библиотеки США в медицинских предметных рубриках (MeSH)