белок, необходимый для инициации транскрипции у прокариот
Фактор сигмы ( фактор σ или фактор специфичности ) представляет собой белок необходим для инициации транскрипции в бактериях . [1] [2] Это бактериальный фактор инициации транскрипции, который обеспечивает специфическое связывание РНК-полимеразы (РНКП) с промоторами генов . Он гомологичен фактору транскрипции архей B и фактору TFIIB эукариот . [3] Конкретный сигма-фактор, используемый для инициации транскрипции данного гена, будет варьироваться в зависимости от гена.и на сигналы окружающей среды, необходимые для инициации транскрипции этого гена. Выбор промоторов РНК-полимеразой зависит от ассоциированного с ним сигма-фактора. [4] Они также обнаруживаются в хлоропластах растений как часть бактериоподобной пластид-кодируемой полимеразы (PEP). [5]
Сигма-фактор вместе с РНК-полимеразой известен как холофермент РНК-полимеразы . Каждая молекула холофермента РНК-полимеразы содержит ровно одну субъединицу сигма-фактора, которая в модельной бактерии Escherichia coli является одной из перечисленных ниже. Количество сигма-факторов варьируется между видами бактерий. [1] [6] E. coli имеет семь сигма-факторов. Сигма-факторы различаются по характерному молекулярному весу . Например, σ 70 - это сигма-фактор с молекулярной массой 70 кДа .
Сигма-фактор в холоферментном комплексе РНК-полимеразы необходим для инициации транскрипции, хотя по завершении этой стадии он отделяется от комплекса, и РНКП продолжает удлинение самостоятельно.
В разных условиях окружающей среды используются разные сигма-факторы. Эти специализированные сигма-факторы связывают промоторы генов, соответствующие условиям окружающей среды, увеличивая транскрипцию этих генов.
σ 70 (RpoD) - σ A - сигма-фактор «домашнего хозяйства» или также называемый первичным сигма-фактором (группа 1), транскрибирует большинство генов в растущих клетках. В каждой клетке есть «домашний» сигма-фактор, который поддерживает работу важнейших генов и проводящих путей. [1] В случае кишечной палочки и других грамотрицательных палочковидных бактерий сигма-фактор «домашнего хозяйства» составляет 70 . [1] Гены , распознаваемые сг 70 содержат аналогичные промотором консенсусные последовательности , состоящие из двух частей. [1] По отношению к основанию ДНК, соответствующему началу транскрипции РНК, консенсусные промоторные последовательности обычно центрируются на 10 и 35 нуклеотидах перед началом транскрипции (-10 и -35).
σ 19 (FecI) - сигма-фактор цитрата железа, регулирует ген fec для транспорта и метаболизма железа
σ 24 (RpoE) - реакция на экстремальный тепловой стресс и сигма-фактор внеклеточных белков
σ 32 (RpoH) - сигма-фактор теплового шока , он включается при воздействии тепла на бактерии. Из-за более высокой экспрессии фактор с высокой вероятностью будет связываться с ферментом полимеразного ядра. При этом экспрессируются другие белки теплового шока, которые позволяют клетке выдерживать более высокие температуры. Некоторые из ферментов, которые экспрессируются при активации сг 32 являются шапероны , протеазы и ДНК-ферменты репарации.
Существуют также антисигма-факторы, которые подавляют функцию сигма-факторов, и анти-анти-сигма-факторы, которые восстанавливают функцию сигма-фактора.
Структура
Организация домена, распознавание промотора и структурная организация семейства σ 70 . ( a ) Доменная организация σ-факторов из групп 1, 3 и 4 проиллюстрирована выше σ 70 консенсусной ДНК промотора E. coli. ( б ) Организация E. coli σ70 в комплексе инициации транскрипции РНК-полимеразы. (PDB 4YLN).
По сходству последовательностей большинство сигма-факторов являются σ 70 -подобными ( InterPro : IPR000943 ). У них есть четыре основных региона (домена), которые обычно консервативны:
N-конец --------------------- C-конец 1,1 2 3 4
Далее регионы подразделяются. Например, область 2 включает 1,2 и 2,1–2,4.
Домен 1.1 обнаружен только в «первичных сигма-факторах» (RpoD, RpoS в E.coli ; «Группа 1»). Он участвует в обеспечении того, чтобы сигма-фактор связывался с промотором только тогда, когда он находится в комплексе с РНК-полимеразой. [7] Каждый домен 2–4 взаимодействует со специфическими элементами промотора и с RNAP. Область 2.4 распознает и связывается с элементом промотора -10 (называемым « ящиком Прибноу »). Область 4.2 распознает промотор -35 элемент и связывается с ним. [7]
Не каждый сигма-фактор семейства σ 70 содержит все области. Группа 2, которая включает RpoS, очень похожа на группу 1, но не имеет домена 1. Группа 3 также не имеет домена 1 и включает σ 28 . В группе 4, также известной как группа с экстрацитоплазматической функцией (ECF), отсутствуют как σ1.1, так и σ3. RpoE является членом. [7]
Дополнительная информация: RpoN
Другие известные сигма-факторы относятся к типу σ 54 / RpoN ( InterPro : IPR000394 ). Они являются функциональными сигма-факторами, но имеют существенно разные первичные аминокислотные последовательности. [8]
Инфобоксы белкового домена
Sigma70 регион 1.1
Идентификаторы
Символ
Sigma70_r1_1
Pfam
PF03979
ИнтерПро
IPR007127
Доступные белковые структуры:
Pfam
конструкции / ECOD
PDB
RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum
краткое изложение структуры
Sigma70 регион 1.2
Кристаллическая структура фрагмента сигма-субъединицы РНК-полимеразы Thermus aquaticus, содержащего участки от 1,2 до 3,1
Идентификаторы
Символ
Sigma70_r1_2
Pfam
PF00140
ИнтерПро
IPR009042
ПРОФИЛЬ
PDOC00592
SCOP2
1sig / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam
конструкции / ECOD
PDB
RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum
краткое изложение структуры
Sigma70 регион 2
Кристаллическая структура фрагмента субъединицы сигма70 РНК-полимеразы Escherichia coli
Идентификаторы
Символ
Sigma70_r2
Pfam
PF04542
Клан пфам
CL0123
ИнтерПро
IPR007627
ПРОФИЛЬ
PDOC00592
SCOP2
1sig / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam
конструкции / ECOD
PDB
RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum
краткое изложение структуры
Sigma70 регион 3
Структура решения sigma70 region 3 от Thermotoga maritima
Идентификаторы
Символ
Sigma70_r3
Pfam
PF04539
Клан пфам
CL0123
ИнтерПро
IPR007624
SCOP2
1ку2 / СФЕРА / СУПФАМ
Доступные белковые структуры:
Pfam
конструкции / ECOD
PDB
RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum
краткое изложение структуры
Sigma70 регион 4
Структура решения sigma70 region 4 от Thermotoga maritima
Идентификаторы
Символ
Sigma70_r4
Pfam
PF04545
Клан пфам
CL0123
ИнтерПро
IPR007630
SCOP2
1or7 / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam
конструкции / ECOD
PDB
RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum
краткое изложение структуры
Sigma70 регион 4.2
Кристаллическая структура области 4 сигма70 Escherichia coli, связанной с ее -35-элементной ДНК
Идентификаторы
Символ
Sigma70_r4_2
Pfam
PF08281
Клан пфам
CL0123
ИнтерПро
IPR013249
SCOP2
1or7 / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam
конструкции / ECOD
PDB
RCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsum
краткое изложение структуры
Удержание при удлинении транскрипции
Основная РНК-полимераза (состоящая из 2 альфа (α), 1 бета (β), 1 бета-первичной (β ') и 1 омега (ω) субъединиц) связывает сигма-фактор с образованием комплекса, называемого холоферментом РНК-полимеразы. . Ранее считалось, что холофермент РНК-полимеразы инициирует транскрипцию, в то время как основная РНК-полимераза сама по себе синтезирует РНК. Таким образом, общепринятое мнение заключалось в том, что сигма-фактор д. Диссоциировать при переходе от инициации транскрипции к удлинению транскрипции (этот переход называется «ускользанием от промотора»). Эта точка зрения была основана на анализе очищенных комплексов РНК-полимеразы, остановившихся при инициации и при удлинении. Наконец, структурные модели комплексов РНК-полимеразы предсказывают, что по мере того, как растущий продукт РНК становится длиннее, чем ~ 15 нуклеотидов, сигма должна «выталкиваться» из голофермента, поскольку существует стерическое столкновение между РНК и сигма-доменом. Однако σ 70 может оставаться присоединенным в комплексе с основной РНК-полимеразой на ранней стадии элонгации [9]а иногда и во всем удлинении. [10] В самом деле, феномен паузы, проксимальной к промотору, указывает на то, что сигма играет роль во время ранней элонгации. Все исследования согласуются с предположением, что ускользание промотора сокращает время жизни взаимодействия сигма-ядро с очень долгого при инициировании (слишком долгого, чтобы его можно было измерить в типичном биохимическом эксперименте) до более короткого, измеримого времени жизни при переходе к удлинению.
Сигма цикл
Долгое время считалось, что сигма-фактор обязательно покидает основной фермент, как только он инициирует транскрипцию, позволяя ему связываться с другим основным ферментом и инициировать транскрипцию в другом сайте. Таким образом, сигма-фактор будет циклически переходить от одного ядра к другому. Однако с помощью резонансного переноса энергии флуоресценции было показано, что сигма-фактор не обязательно покидает ядро. [9] Вместо этого он изменяет свое связывание с ядром во время инициации и удлинения. Следовательно, сигма-фактор циклически меняется между сильно связанным состоянием во время инициирования и слабосвязанным состоянием во время удлинения.
Смотрите также
Эккехард Бауц
использованная литература
^ a b c d e Gruber TM, Gross CA (2003). «Множественные сигма-субъединицы и разделение бактериального транскрипционного пространства». Ежегодный обзор микробиологии . 57 : 441–66. DOI : 10.1146 / annurev.micro.57.030502.090913 . PMID 14527287 .
^ Кан JG, Hahn MY, Ishihama A, Roe JH (июль 1997). «Идентификация сигма-факторов для селективности промотора, связанной с фазой роста РНК-полимераз из Streptomyces coelicolor A3 (2)» . Исследования нуклеиновых кислот . 25 (13): 2566–73. DOI : 10.1093 / NAR / 25.13.2566 . PMC 146787 . PMID 9185565 .
↑ Burton SP, Burton ZF (6 ноября 2014 г.). «Загадка σ: бактериальные σ-факторы, TFB архей и TFIIB эукариот являются гомологами» . Транскрипция . 5 (4): e967599. DOI : 10.4161 / 21541264.2014.967599 . PMC 4581349 . PMID 25483602 .
^ Ho TD, Ellermeier CD (апрель 2012). «Активация σ фактора дополнительной цитоплазматической функции» . Текущее мнение в микробиологии . 15 (2): 182–8. DOI : 10.1016 / j.mib.2012.01.001 . PMC 3320685 . PMID 22381678 .
^ Schweer J, Türkeri H, Kolpack A, G Link (декабрь 2010). «Роль и регуляция пластидных сигма-факторов и их функциональных взаимодействующих элементов во время транскрипции хлоропластов - недавние уроки Arabidopsis thaliana». Европейский журнал клеточной биологии . 89 (12): 940–6. DOI : 10.1016 / j.ejcb.2010.06.016 . PMID 20701995 .
↑ Sharma UK, Chatterji D (сентябрь 2010 г.). «Переключение транскрипции в Escherichia coli во время стресса и голодания путем модуляции сигма-активности» . FEMS Microbiology Reviews . 34 (5): 646–57. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2010.00223.x . PMID 20491934 .
^ a b c Пэджет М.С. (июнь 2015 г.). «Бактериальные сигма-факторы и антисигма-факторы: структура, функция и распространение» . Биомолекулы . 5 (3): 1245–65. DOI : 10.3390 / biom5031245 . PMC 4598750 . PMID 26131973 .