Terminator transkrypcji
Terminator transkrypcji – sekwencja DNA umożliwiająca dysocjację kompleksu DNA-RNA-polimeraza RNA, a więc miejsce, w którym następuje zakończenie procesu transkrypcji genu (zaznacza miejsce, na którym ma się zakończyć transkrypcja[1]). Służy jako sygnał wyznaczający koniec genu (zespołu genów) w regulacji ekspresji genów oraz do przerywania syntezy mRNA, gdy nie ma warunków do jego wykorzystania w translacji. Sekwencja terminatorowa może powodować spontaniczną dysocjację kompleksu DNA-mRNA-polimeraza RNA, przy czym ważną rolę odgrywa powstawanie z końcowego odcinka mRNA struktury w kształcie spinki do włosów oraz końcowa sekwencja poli-U. Drugim sposobem zakończenia transkrypcji jest przyłączenie do syntetyzowanego RNA białka, które po spotkaniu z polimerazą RNA zmienia jej konformację i w efekcie powoduje rozpad kompleksu enzymu i kwasów nukleinowych.
Terminatory transkrypcji występują w DNA wszystkich organizmów, jednak mechanizm różni się u prokariontów i eukariontów. Polimeraza RNA wraz z syntetyzowanym na nici matrycowej DNA fragmentem RNA tworzy stabilny kompleks, który (o ile nie są spełnione określone warunki) nie wykazuje tendencji do samoistnej dysocjacji[2]. Tym samym, gdyby nie istniały mechanizmy sprzyjające dysocjacji tego kompleksu, transkrybowana byłaby także informacja z DNA leżąca poza transkrybowanym genem.
Mechanizmy działania
edytujU prokariontów
edytuj
U prokariontów wykryto dwa mechanizmy terminacji transkrypcji[2]:
- w miejscach, w których uwalnianie cząsteczki mRNA następuje spontanicznie, gdy polimeraza RNA dotrze do odcinka DNA o określonej sekwencji zasad nukleinowych. Miejsce takie składa się z odcinka o długości około 40 par zasad, na początku którego znajduje się sekwencja palindromowa bogata w pary zasad G-C. Na końcu odcinka transkrybowanego takiego terminatora znajduje się sekwencja 6 reszt deoksyadenozyny. Sekwencja RNA powstająca na podstawie tego odcinka wykazuje tendencje do tworzenia elementu przypominającego spinkę do włosów. Dysocjacja kompleksu jest najprawdopodobniej wynikiem dwóch procesów: rozpadu hybrydowej struktury DNA-RNA na rzecz bardziej korzystnej pod względem energetycznym spinki do włosów (ang. hairpin) oraz małej energii potrzebnej do dysocjacji odcinków, zbudowanych z par rU-dA[3].
- z udziałem białka Rho, którego przyłączenie powoduje uwolnienie mRNA. Białko Rho przyłącza się do specyficznego miejsca RNA (zwanego rut, ang. Rho utilisation), od którego przesuwa się w kierunku końca 3' syntetyzowanej nici. Napotykając na swej drodze polimerazę RNA, tworzy z nią kompleks zmieniający konformację przestrzenną polimerazy, co powoduje dysocjację kompleksu i zakończenie transkrypcji. W konsekwencji też białko Rho odzyskuje wyjściową konformację. Regulacja przyłączania białka Rho do transkrybowanej nici jest zależna od tego, czy warunki przestrzenne umożliwiają dostęp tego białka do nici RNA – dopiero gdy na nici mRNA pojawi się kodon terminacyjny, powodując przerwanie translacji i oddzielenie rybosomu, na nici RNA zwalnia się wystarczająco dużo miejsca, by białko Rho mogło się przyłączyć do miejsca rut[4]. Miejsce rut może też zostać odsłonięte przez rybosom w warunkach głodu aminokwasowego, gdy brak aminoacylo-tRNA powoduje zatrzymanie biegu rybosomu wzdłuż podlegającej translacji nici mRNA.
Terminatory występować mogą na końcu genu lub w jego obrębie. Występowanie terminatorów wewnątrzgenowych wyjaśnia obserwowane zjawisko polarności mutacji: niekiedy mutacja nonsensowa w jednym z genów operonu powoduje, oprócz unieczynnienia tego genu, również zatrzymanie ekspresji genów operonu położonych w dół transkrybowanego odcinka – wyjaśnić to można przez to, że mutacja pojawiła się w pewnej odległości przed wewnątrzgenowym terminatorem, co powoduje zatrzymanie rybosomu na nonsensowym kodonie i w rezultacie odsłania wolny odcinek RNA, do którego może przyłączyć się białko Rho i spowodować przedwczesną terminację transkrypcji[2].
Terminatory mogą cechować się różnym stopniem efektywności terminacji transkrypcji, co zależy od sekwencji DNA w ich obrębie[5].
Specyficzną formą terminatorów są atenuatory. Są to terminatory położone w rejonie liderowym, pomiędzy promotorem a zespołem genów kodujących enzymy szlaku metabolicznego (np. biosyntezy aminokwasu). Zasada ich działania sprowadza się do przerywania transkrypcji genów enzymów niezbędnych do biosyntezy danego aminokwasu, gdy poziom odpowiedniego aminoacylo-tRNA w komórce jest wysoki (gdy nie ma dostępnego aminoacylo-tRNA, ekspresja tych genów jest wznawiana, a synteza odpowiedniego aminokwasu ponownie uruchamiana). Obecność w rejonie atenuatora kodonów odpowiadających temu aminokwasowi, za syntezę którego są odpowiedzialne geny strukturalne danego operonu, powoduje, że w zależności od dostępności odpowiedniego aminoacylo-tRNA mRNA rejonu liderowego wytwarza lub nie wytwarza spinki do włosów, odpowiedzialnej za odłączenie polimerazy RNA przed genami strukturalnymi[6]. Atenuatory zidentyfikowano w operonach tryptofanowym i histydynowym[7].
U eukariontów
edytujDla większości genów, których transkrypty ulegają poliadenylacji, dokładny mechanizm terminacji nie został wyjaśniony. W komórkach zwierzęcych powstanie na syntetyzowanej nici RNA sekwencji AAUAAA umożliwia przyłączenie endonukleazy oraz polimerazy poli-A. Do terminacji transkrypcji jest niezbędny czynnik CPF (ang. clevage and polyadenylation factor) oraz czynnik wiążący łańcuch poli-A, gdyż w ich obecności do kompleksu przyłączają się specyficzna endonukleaza i polimeraza poli-A, kończące transkrypcję łańcucha. Ponadto za miejscem poliadenylacji znajduje się kilka powtórzeń GU lub U, które też mają udział w terminacji transkrypcji[8].
Zobacz też
edytujPrzypisy
edytuj- ↑ Tablice biologiczne wydawnictwa Adamantan, praca zbiorowa, rok wydania: 2013, Warszawa, Witold Mizerski, s. 293. ISBN 978-83-7350-243-7.
- ↑ a b c Węgleński 2002 ↓, s. 215–220.
- ↑ P. H. von Hippel. An integrated model of the transcription complex in elongation, termination, and editing. „Science”. 281 (5377), s. 660–665, 1998. DOI: 10.1126/science.281.5377.660.
- ↑ J. P. Richardson. Rho-dependent termination of transcription is governed primarily by the upstream Rho utilization (rut) sequences of a terminator. „J. Biol. Chem.”. 271 (35), s. 21597–21603, 1996. DOI: 10.1074/jbc.271.35.21597.
- ↑ Węgleński 2002 ↓, s. 220.
- ↑ Weglenski 2002 ↓, s. 220-222.
- ↑ Węgleński 2002 ↓, s. 221.
- ↑ Węgleński 2002 ↓, s. 243–244.
Bibliografia
edytuj- Taylor K & Taylor A.: Struktura i działanie genów prokariotycznych. W: P. Węgleński: Genetyka molekularna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002. ISBN 83-01-11830-X.
- Bartnik E.: Struktura i działanie genów eukariotycznych. W: P. Węgleński: Genetyka molekularna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002. ISBN 83-01-11830-X.