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 B архей 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 связанного 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.
Специализированные сигма-факторы [ править ]
В разных условиях окружающей среды используются разные сигма-факторы. Эти специализированные сигма-факторы связывают промоторы генов, соответствующие условиям окружающей среды, увеличивая транскрипцию этих генов.
Сигма-факторы E. coli :
- σ 70 (RpoD) - σ A - сигма-фактор «домашнего хозяйства» или также называемый первичным сигма-фактором (группа 1), транскрибирует большинство генов в растущих клетках. Каждая клетка имеет "домашний" сигма-фактор, который поддерживает работу важных генов и путей. [1] В случае E. coli и других грамотрицательных палочковидных бактерий сигма-фактор «домашнего хозяйства» составляет σ 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 центрированы на 10 и 35 нуклеотидах перед началом транскрипции (-10 и -35).
- σ 19 (FecI) - сигма-фактор цитрата железа, регулирует ген fec транспорта и метаболизма железа
- σ 24 (RpoE) - реакция на экстремальный тепловой стресс и сигма-фактор внеклеточных белков
- σ 28 (RpoF / FliA) - сигма-фактор жгутикового синтеза и хемотаксиса
- 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.
- σ 38 (RpoS) - сигма-фактор голодания / стационарной фазы
- σ 54 (RpoN) - сигма-фактор ограничения азота
Существуют также антисигма-факторы, которые подавляют функцию сигма-факторов, и анти-анти-сигма-факторы, которые восстанавливают функцию сигма-фактора.
Структура [ править ]
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]
Другие известные сигма-факторы относятся к типу σ 54 / RpoN ( InterPro : IPR000394 ). Это функциональные сигма-факторы, но они имеют существенно разные последовательности первичных аминокислот. [8]
|
|
|
|
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Удержание при удлинении транскрипции [ править ]
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, тогда как основная РНК-полимераза сама по себе синтезирует РНК. Таким образом, общепринятая точка зрения состояла в том, что сигма-фактор д. Диссоциировать при переходе от инициации транскрипции к удлинению транскрипции (этот переход называется «уход 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 быть «вытеснена» из голофермента, поскольку существует стерическое противоречие между РНК и сигма-доменом. Однако недавнее исследование показало, что σ 70 может оставаться прикрепленным в комплексе с основной РНК-полимеразой,по крайней мере, при раннем удлинении.[9] 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 [ править ]
Долгое время считалось, что сигма-фактор обязательно покидает основной фермент, как только он инициировал транскрипцию, позволяя ему связываться с другим основным ферментом и инициировать транскрипцию в другом сайте. Таким образом, сигма-фактор циклически переходит от одного ядра к другому. Однако Ричард Эбрайт и его сотрудники, используя резонансную передачу энергии флуоресценции , позже показали, что сигма-фактор не обязательно покидает ядро. [9] Вместо этого он меняет свое связывание с ядром во время инициации и удлинения. Следовательно, сигма-фактор циклически изменяется между сильно связанным состоянием во время инициирования и слабосвязанным состоянием во время удлинения.
См. Также [ править ]
- Эккехард Бауц
Ссылки [ править ]
- ^ 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 факторов во время транскрипции хлоропластов - последние 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» . Обзоры микробиологии FEMS . 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 .
- ^ Меррик MJ (декабрь 1993). «В собственном классе - РНК-полимераза сигма-фактор сигма 54 (сигма N)». Молекулярная микробиология . 10 (5): 903–9. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.1993.tb00961.x . PMID 7934866 .
- ^ a b Капанидис А.Н., Марджит Э., Лоуренс Т.А., Дуз С., Хо СО, Мукхопадхьяй Дж., Кортхонджиа Э, Меклер В., Эбрайт Р. Х., Вайс С. (ноябрь 2005 г.). «Сохранение фактора инициации транскрипции sigma70 при элонгации транскрипции: анализ одной молекулы». Молекулярная клетка . 20 (3): 347–56. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.10.012 . PMID 16285917 .
Внешние ссылки [ править ]
- Sigma + Factor в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
