Внутренняя или rho-независимая терминация - это процесс у прокариот, который сигнализирует об окончании транскрипции и высвобождает вновь построенную молекулу РНК . У прокариот, таких как E. coli , транскрипция завершается либо rho-зависимым процессом, либо rho-независимым процессом. В Rho-зависимом процессе rho-белок обнаруживает и связывает сигнальную последовательность в мРНК и сигналы для расщепления. Напротив, внутренняя терминация не требует специального белка для передачи сигнала терминации и контролируется специфическими последовательностями РНК. Когда начинается процесс терминации, транскрибированная мРНК образует стабильную шпилечную петлю вторичной структуры, также известную какСтебель-петля . За этой шпилькой РНК следуют несколько нуклеотидов урацила. Связи между урацилом и аденином очень слабые. Белок, связанный с РНК-полимеразой (nusA), связывается со структурой «стебель-петля» достаточно плотно, чтобы вызвать временную остановку полимеразы. Эта пауза полимеразы совпадает с транскрипцией последовательности полиурацила. Слабые связи аденин-урацил снижают энергию дестабилизации дуплекса РНК-ДНК, позволяя ему раскручиваться и диссоциировать от РНК-полимеразы. В целом, модифицированная структура РНК - это то, что завершает транскрипцию.
Структуры стебель-петля, за которыми не следует последовательность полиурацила, вызывают остановку РНК-полимеразы, но обычно она продолжает транскрипцию через короткое время, потому что дуплекс слишком стабилен, чтобы раскручиваться достаточно далеко, чтобы вызвать терминацию.
Rho-независимая терминация транскрипции - частый механизм, лежащий в основе активности цис- действующих регуляторных элементов РНК, таких как рибопереключатели .
Функция [ править ]
Целевая функция внутренней терминации - сигнализация диссоциации тройного элонгационного комплекса (TEC) , сигнализирующая об окончании транскрипта у прокариот. Внутренняя терминация, независимая от белка Rho , в отличие от Rho-зависимой терминации, когда входит прокариотический белок Rho и действует на РНК-полимеразу, вызывая ее диссоциацию. [1] Здесь нет лишнего белка, и транскрипт формирует свою собственную петлевую структуру. Таким образом, внутренняя терминация также регулирует уровень транскрипции, определяя, сколько полимераз может транскрибировать ген за определенный период времени, и может помочь предотвратить взаимодействия с соседними хромосомами. [1]
Регулирование внутреннего прекращения [ править ]
Сам процесс регулируется как положительными, так и отрицательными факторами завершения, обычно путем модификации структуры шпильки. Это достигается за счет взаимодействий с одноцепочечной РНК, которая соответствует верхней части петли, что приводит к нарушению процесса терминации. Более того, есть некоторое предположение, что участок ореха также может вносить вклад в регуляцию, поскольку он участвует в привлечении некоторых критических компонентов в формировании шпильки. [2]
Структура [ править ]
При внутренней терминации РНК-транскрипт удваивается и образует пары оснований с самим собой, создавая структуру стержень-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, в основном гуанина и цитозина (GC), а петля состоит из 4-8 остатков. Считается, что стеблевая часть структуры важна 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]
Стеблевая часть шпильки обычно богата парами оснований GC. Пары оснований GC имеют существенные взаимодействия стэкинга оснований и могут образовывать три водородные связи друг с другом, что делает их очень термодинамически выгодными. Напротив, в то время как богатая урацилом последовательность, следующая за шпилькой, не всегда необходима для терминации, [6] предполагается, что богатая урацилом последовательность помогает в собственном терминации, потому что связь UA не такая прочная, как связи GC. [4] Эта врожденная нестабильность кинетически способствует диссоциации транскрипта РНК. [4]
Эксперименты по определению структурно значимых особенностей [ править ]
Чтобы определить оптимальную длину стебля, исследователи изменили его длину и наблюдали, как быстро происходит окончание стебля. [3] Когда длина ножки была увеличена или укорачена по сравнению со стандартной длиной 8-9 пар оснований, терминация была менее эффективной, а если изменения были достаточно значительными, терминация полностью прекратилась. [3]
Эксперименты определили, что если присутствует олигонуклеотидная последовательность, которая идентична нижележащей части стебля, она будет образовывать пару оснований с вышележащей частью. [5] Это создает структуру, аналогичную исходной структуре «стебель-петля», но без петли в конце. Без наличия петли внутреннее завершение все еще может произойти. [5] Это указывает на то, что цикл не является необходимым для внутреннего завершения.
Как правило, отсутствие богатой урацилом последовательности после стебля-петли приводит к задержке или паузе транскрипции, но терминация не прекращается полностью. [6]
Механизм [ править ]
Внутренняя терминация определяется сигналами, непосредственно кодируемыми в ДНК и РНК. Сигнал появляется в виде шпильки, за которой следуют 8 уридин на 3-м конце. Это приводит к быстрой диссоциации комплекса удлинения. 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 завершению, что указывает на его важность в этом процессе. [7]
Процесс дестабилизации растяжения происходит в четыре этапа [7]
1) поскольку РНК-полимераза транскрибирует последние нуклеотиды U-тракта терминатора, она делает паузу в конце U-тракта, благоприятствуя пути терминации в кинетической конкуренции между удлинением и окончанием.
2) Терминатор шпилька (ТГП) Нуклеация
3) инактивация комплекса завершения и удлинения шпильки
4) диссоциация комплекса элонгации. Полный механизм, вероятно, включает специфические взаимодействия полимеразы, шпильки терминатора РНК и dT-богатых матричных последовательностей.
Запрещение внутреннего прекращения [ править ]
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 белок бактериофага 7 останавливает терминацию транскрипции, блокируя РНК-полимеразу (РНКП) выходного канала РНК и препятствуя образованию РНК-шпильки на внутреннем терминаторе. Кроме того, белок бактериофага 7 ингибирует движения зажима РНКП. [8] Укорочение С-концевой полусветы РНКП незначительно снижает ингибирующую активность. Эти зажимные движения RNAP были нацелены на некоторые другие ингибиторы бактериальной RNAP. Эти ингибиторы включают миксопиронин, кораллопиронин и рипостатин. Они работают путем ингибирования изомеризации. [8]
В прокариотах: археи против эубактерий [ править ]
Транскрипция архей разделяет эукариотические и прокариотические связи. С эукариотами он имеет сходство со своими факторами инициации, которые помогают транскрипции идентифицировать соответствующие последовательности, такие как гомологи ТАТА-бокса [9], а также факторы, которые поддерживают элонгацию транскрипции. Однако для протекания всего процесса необходимы дополнительные факторы транскрипции, подобные тем, которые обнаруживаются у прокариот.
Что касается терминации транскрипции, геном архей уникален тем, что он чувствителен как к собственному, так и к фактор-зависимому терминации. Биоинформатический анализ показал, что примерно половина генов и оперонов у архей выстраиваются в сигналы или содержат сигналы для внутренней терминации. [10] РНК-полимераза архей реагирует на внутренние сигналы как in vivo, так и in vitro, такие как поли-U-богатые области. Однако, в отличие от типичной внутренней терминации прокариот, не требуется никакой специфической структуры РНК или шпильки. Окружающая среда и другие факторы генома все еще могут влиять на терминацию. [10]
Экспериментальные исследования были проведены на Thermococcus Kodakarensis , архее, обнаруженной в термальных источниках и газовых источниках Японии. Для этого вида был обнаружен универсальный эвриархейный фактор завершения, названный Eta. Важно отметить, что этот фактор не является гомологом бактериального фактора терминации Rho. [10] Когда Эта действует на определенный транскрипт, она взаимодействует с РНК-полимеразой, а также с последовательностями ДНК на матричной цепи. [10]Что касается внутренней терминации у T. Kodakarensis, исследования показали, что другие внутренние структурные особенности помимо шпилечных петель могут приводить к терминации. Эти особенности включают в себя присутствие олиго-Т нуклеотидной последовательности (приблизительно 7-8 Т-нуклеотидов достаточно), а также специфических межгенных терминаторных последовательностей с одним-тремя вышестоящими олиго-Т-трактами. [9]В ходе этих исследований наличие этих структурных особенностей привело к снижению экспрессии репортерного гена более чем на 90%. Межгенные последовательности были идентифицированы с использованием алгоритма GeSTer, который предсказывает и упорядочивает эффективность внутренних терминаторов. Дальнейшие эксперименты показали, что межгенные последовательности, несущие небольшие индуцированные мутации, демонстрируют сниженную экспрессию, аналогичную межгенным последовательностям дикого типа. Это открытие продемонстрировало, что снижение экспрессии из-за терминации было не только из-за олиго-Т-тракта или возможного образования шпильки. [9]
См. Также [ править ]
- Ро-фактор
- WebGeSTer
- Trp оперон
Ссылки [ править ]
- ^ а б Фарнхэм, П.Дж.; Платт, Т. (11 февраля 1981 г.). «Rho-независимое завершение: диадная симметрия в ДНК заставляет РНК-полимеразу останавливаться во время транскрипции in vitro» . Исследования нуклеиновых кислот . 9 (3): 563–77. DOI : 10.1093 / NAR / 9.3.563 . PMC 327222 . PMID 7012794 .
- ↑ Гусаров, Иван; Нудлер, Евгений (ноябрь 2001). «Контроль внутренней терминации транскрипции с помощью N и NusA» . Cell . 107 (4): 437–449. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (01) 00582-7 . PMID 11719185 . S2CID 18417148 . Проверено 24 ноября 2020 года .
- ^ а б в г Уилсон, Канзас; Фон Хиппель, PH (1995). «Прекращение транскрипции на внутренних терминаторах: роль шпильки РНК» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 92 (19): 8793–8797. Bibcode : 1995PNAS ... 92.8793W . DOI : 10.1073 / pnas.92.19.8793 . PMC 41053 . PMID 7568019 .
- ^ a b c Робертс, Джеффри (2019). «Механизмы терминации бактериальной транскрипции» . J Mol Biol . 431 (20): 4030–4039. DOI : 10.1016 / j.jmb.2019.04.003 . PMID 30978344 . Дата обращения 15 ноября 2020 .
- ^ a b c Ярнелл, AWS; Робертс, JW (1999). «Механизм внутренней терминации транскрипции и антитерминации» . Наука . 284 (5414): 611–5. Bibcode : 1999Sci ... 284..611Y . DOI : 10.1126 / science.284.5414.611 . PMID 10213678 . Дата обращения 15 ноября 2020 .
- ^ а б Питерс, JM; Vangeloff, AD; Ландик, Р. (7 октября 2011 г.). «Бактериальные терминаторы транскрипции: хроники 3'-конца РНК» . Журнал молекулярной биологии . 412 (5): 793–813. DOI : 10.1016 / j.jmb.2011.03.036 . PMC 3622210 . PMID 21439297 .
- ^ а б Гусаров, И; Нудлер, Э (апрель 1999 г.). «Механизм внутренней терминации транскрипции» . Молекулярная клетка . 3 (4): 495–504. DOI : 10.1016 / s1097-2765 (00) 80477-3 . PMID 10230402 . Дата обращения 15 ноября 2020 .
- ^ a b c Ты, Линлин; Ши, Цзин; Шен, Лицян; Ли, Линтинг; Фанг, Чэнли; Ю, Чэнчжи; Ченг, Венбо; Фэн, Ю; Чжан, Ю (декабрь 2019 г.). «Структурная основа для антитерминации транскрипции по внутреннему терминатору бактерий» . Nature Communications . 10 (1): 3048. Bibcode : 2019NatCo..10.3048Y . DOI : 10.1038 / s41467-019-10955-х . PMC 6624301 . PMID 31296855 .
- ^ a b c Сантанджело, Томас Дж .; Кубонова, Любомира; Скиннер, Кэтрин М .; Рив, Джон Н. (15 ноября 2009 г.). «Терминация внутренней транскрипции архей in vivo» . Журнал бактериологии . 191 (22): 7102–7108. DOI : 10.1128 / JB.00982-09 . ISSN 0021-9193 . PMC 2772485 . PMID 19749050 .
- ^ a b c d Уокер, Дж. Э .; Луйтис, О; Сантанджело, штат Техас (15 августа 2017 г.). «Фактор-зависимое прекращение транскрипции архей» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (33): E6767 – E6773. DOI : 10.1073 / pnas.1704028114 . PMC 5565431 . PMID 28760969 .
