Внутреннее завершение
Структура стебель-петли РНК, облегчающая внутреннюю терминацию.

Внутренняя или rho-независимая терминация — это процесс, сигнализирующий об окончании транскрипции и высвобождении вновь сконструированной молекулы РНК . У бактерий, таких как E. coli , транскрипция завершается либо rho-зависимым процессом, либо rho-независимым процессом. В Rho-зависимом процессе rho-белок находит и связывает сигнальную последовательность в мРНК и подает сигнал для расщепления. Напротив, внутренняя терминация не требует специального белка для подачи сигнала о завершении и контролируется определенными последовательностями РНК. Когда начинается процесс завершения, транскрибированная мРНК образует стабильную вторичную структуру шпильки-петли, 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), связывается со структурой стебля-петли достаточно прочно, чтобы вызвать временную остановку 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, измененная структура РНК — это то, что останавливает транскрипцию.

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

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

Функция

Сравнение Rho-зависимой терминации и внутренней терминации

Функция назначения внутренней терминации — сигнализировать о диссоциации тройного комплекса удлинения (TEC) , завершая транскрипт. Внутренняя терминация независима от белка Rho , в отличие от Rho-зависимой терминации, когда бактериальный белок Rho входит и действует на РНК-полимеразу, заставляя ее диссоциировать. [1] Здесь нет дополнительного белка, и транскрипт формирует свою собственную петлевую структуру. Таким образом, внутренняя терминация также регулирует уровень транскрипции, определяя, сколько полимераз может транскрибировать ген в течение определенного периода времени, и может помочь предотвратить взаимодействие с соседними хромосомами. [1]

Регулирование

Сам процесс регулируется как положительными, так и отрицательными факторами терминации, обычно посредством модификации структуры шпильки. Это достигается посредством взаимодействия с одноцепочечной РНК, которая соответствует области выше по потоку петли, что приводит к нарушению процесса терминации. Кроме того, есть некоторые предположения, что участок ореха также может способствовать регуляции, поскольку он участвует в наборе некоторых критических компонентов в формировании шпильки. [2]

Структура

При внутренней терминации транскрипт РНК удваивается и образует пары оснований с самим собой, создавая структуру РНК -петля-стебель , 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 петля-стебель, а также последовательность из 6-8 остатков урацила , которая следует 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 часть стебля структуры необходима для терминации транскрипции, в то время как петля — нет. [4] Это подтверждается тем фактом, что терминация может быть достигнута в ненативных структурах, которые не включают петлю. [5]

Стебельная часть шпильки обычно богата парами оснований GC. Пары оснований GC имеют значительные взаимодействия по стэкингу оснований и могут образовывать три водородные связи друг с другом, что делает их очень термодинамически выгодными. Наоборот, хотя богатая урацилом последовательность, которая следует за шпилькой, не всегда необходима для терминации, [6] предполагается, что богатая урацилом последовательность способствует внутренней терминации, поскольку связь UA не такая сильная, как связи GC. [4] Эта присущая нестабильность действует кинетически благоприятно для диссоциации транскрипта РНК. [4]

Эксперименты по определению структурно значимых особенностей

Чтобы определить оптимальную длину стебля, исследователи изменяли его длину и наблюдали, как быстро происходила 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 полностью прекращалась. [3]

Эксперименты определили, что если присутствует олигонуклеотидная последовательность, идентичная нисходящей части стебля, она образует пару оснований с восходящей частью. [5] Это создает структуру, которая аналогична нативной структуре стебля-петли, но в которой отсутствует петля на конце. Без наличия петли внутренняя терминация все еще может произойти. [5] Это указывает на то, что петля не является изначально необходимой для внутренней терминации. [ требуется цитата ]

Как правило, отсутствие богатой урацилом последовательности, следующей за петлей-стеблем, приводит к задержке или остановке транскрипции, но терминация не прекращается полностью. [6]

Механизм

Визуальное представление механизма внутреннего прекращения

Внутренняя терминация управляется сигналами, напрямую закодированными в ДНК и РНК. Сигнал появляется в виде шпильки и сопровождается 8 уридинами на 3'-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 обеспечивает время для формирования шпильки. В отсутствие U-тракта формирование шпильки не приводит к эффективному завершению, что указывает на его важность в этом процессе. [7]

Процесс дестабилизации удлинения происходит в четыре этапа [7]

  1. Поскольку РНК-полимераза транскрибирует конечные нуклеотиды терминирующего U-тракта, она останавливается в конце U-тракта, благоприятствуя пути терминации в кинетической конкуренции между удлинением и терминацией.
  2. Терминаторная шпилька (Thp) Зарождение
  3. инактивация комплекса завершения и удлинения шпильки
  4. Диссоциация комплекса элонгации Полный механизм, вероятно, включает специфические взаимодействия полимеразы, шпильки терминатора РНК и последовательностей матриц, богатых dT.

Ингибирование

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

Помимо бактерий

РНК-полимеразы во всех трех доменах жизни имеют некоторую версию фактор-независимого терминирования. Все они используют полиурациловые тракты, хотя точные механизмы и вспомогательные последовательности различаются. У архей и эукариот, по-видимому, нет необходимости в шпильке. [9]

Археи

Архейная транскрипция разделяет эукариотические и бактериальные связи. С эукариотами она разделяет сходство с ее факторами инициации, которые помогают транскрипции идентифицировать соответствующие последовательности, такие как гомологи TATA-бокса , а также факторы, которые поддерживают удлинение транскрипции. Однако для всего процесса необходимы дополнительные факторы транскрипции, подобные тем, которые обнаружены у бактерий. [9]

С точки зрения 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 в Archaea организуются в сигналы или содержат сигналы для внутренней терминации. [10] Архейная РНК-полимераза реагирует на внутренние сигналы как in vivo , так и in vitro , такие как поли-U-богатые регионы. Однако, в отличие от бактериальной внутренней терминации, не требуется никакой конкретной структуры РНК или шпильки. Окружающая среда и другие факторы генома все еще могут влиять на терминацию. [10]

Фактор-зависимая терминация у архей также отличается от фактор-зависимой терминации у бактерий. [9] Фактор терминации aCASP1 (также известный как FttA) распознает поли-U-богатые регионы, вероятно, взаимодействуя с «внутренним» режимом для достижения более эффективной терминации. [11]

Эукариоты

РНК-полимераза III выполняет терминацию «похожего на внутреннюю». Большинство генов, транскрибируемых РНК-полимеразой III, имеют область поли(dT). Однако, хотя поли(dT) останавливает каждую РНК-полимеразу, одного этого недостаточно; должен быть какой-то другой механизм, дестабилизирующий зажим. В РНК-полимеразе III некоторые участки поли(dT) действительно иногда считываются: некоторые гены имеют несколько таких областей, что позволяет производить транскрипты разной длины. [12]

Нестабильность гибридов rU:dA, вероятно, имеет важное значение для терминации РНК-полимеразой III. Части основных субъединиц C1 и C2, а также «субкомплексы» C53/37 и C11 функционально важны. Ряд внешних факторов может изменить поведение терминации. [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Farnham, PJ; Platt, T (11 февраля 1981 г.). «Rho-независимое завершение: симметрия диады в ДНК заставляет РНК-полимеразу останавливаться во время транскрипции in vitro». Nucleic Acids Research . 9 (3): 563–77 . doi :10.1093/nar/9.3.563. PMC  327222. PMID  7012794 .
  2. ^ Гусаров, Иван; Нудлер, Евгений (ноябрь 2001 г.). «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.
  3. ^ abcd Wilson, KS; Von Hippel, PH (1995). «Терминация транскрипции на внутренних терминаторах: роль шпильки РНК». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 92 (19): 8793– 8797. Bibcode : 1995PNAS...92.8793W. doi : 10.1073 /pnas.92.19.8793 . PMC 41053. PMID  7568019. 
  4. ^ abc Roberts, Jeffrey (2019). «Механизмы бактериальной терминации транскрипции». J Mol Biol . 431 (20): 4030– 4039. doi :10.1016/j.jmb.2019.04.003. PMID  30978344. S2CID  111390626. Получено 15 ноября 2020 г.
  5. ^ abc Yarnell, AWS; Roberts, JW (1999). "Механизм внутренней терминации транскрипции и антитерминации". Science . 284 (5414): 611– 5. Bibcode :1999Sci...284..611Y. doi :10.1126/science.284.5414.611. PMID  10213678 . Получено 15 ноября 2020 г. .
  6. ^ ab Peters, JM; Vangeloff, AD; Landick, R (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. 
  7. ^ ab Гусаров, И; Нудлер, Э (апрель 1999). "Механизм внутренней терминации транскрипции". Molecular Cell . 3 (4): 495–504 . doi : 10.1016/s1097-2765(00)80477-3 . PMID  10230402.
  8. ^ abc You, Linlin; Shi, Jing; Shen, Liqiang; Li, Lingting; Fang, Chengli; Yu, Chengzhi; Cheng, Wenbo; Feng, Yu; Zhang, Yu (декабрь 2019 г.). "Структурная основа антитерминации транскрипции на внутреннем бактериальном терминаторе". Nature Communications . 10 (1): 3048. Bibcode :2019NatCo..10.3048Y. doi :10.1038/s41467-019-10955-x. PMC 6624301 . PMID  31296855. 
  9. ^ abc Wenck, BR; Santangelo, TJ (октябрь 2020 г.). «Архейная транскрипция». Транскрипция . 11 (5): 199– 210. doi :10.1080/21541264.2020.1838865. PMC 7714419. PMID  33112729 . 
  10. ^ ab Walker, JE; Luyties, O; Santangelo, TJ (15 августа 2017 г.). «Факторно-зависимая терминация транскрипции архей». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 114 (33): E6767 – E6773 . Bibcode : 2017PNAS..114E6767W. doi : 10.1073/pnas.1704028114 . PMC 5565431. PMID  28760969 .  
  11. ^ Ли, Дж.; Юэ, Л.; Ли, З.; Чжан, В.; Чжан, Б.; Чжао, Ф.; Донг, Х. (29 декабря 2021 г.). «aCPSF1 взаимодействует с терминатором U-тракта, определяя эффективность терминации транскрипции архей». eLife . 10 . doi : 10.7554/eLife.70464 . PMC 8716108 . PMID  34964713. 
  12. ^ аб Аримбассери, AG; Риджал, К; Марайя, Р.Дж. (март 2013 г.). «Терминация транскрипции эукариотической РНК-полимеразой III». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1829 ( 3–4 ): 318–30 . doi :10.1016/j.bbagrm.2012.10.006. ПМК 3568203 . ПМИД  23099421. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Внутреннее_выключение&oldid=1220654909"