Терминация и аттенуация транскрипции

Терминация транскрипции — это этап, на котором РНК-полимераза прекращает синтез и высвобождает завершенную РНК и матрицу, определяя, где заканчивается транскрипт. Аттенуация — это связанная регуляторная стратегия, распространенная у бактерий, при которой преждевременная терминация в лидерной области регулирует объем транскрипции нижележащего гена в ответ на клеточные условия.

Definition

Терминация транскрипции, генетическая — это процесс, при котором РНК-полимераза прекращает синтез РНК и диссоциирует от ДНК-матрицы, высвобождая транскрипт; аттенуация — это регуляция экспрессии генов посредством контролируемой преждевременной терминации транскрипции до того, как полимераза достигнет структурных генов.

Scope

Тема охватывает механизмы, завершающие транскрипцию: бактериальную внутреннюю (зависящую от шпильки) и Rho-зависимую терминацию, эукариотическую терминацию, связанную с расщеплением 3'-конца и полиаденилированием, а также регуляторную преждевременную терминацию, включая аттенуацию и антитерминацию. Она рассматривает эти механизмы на справочно-образовательном уровне, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Какие сигналы указывают РНК-полимеразе на необходимость остановки и высвобождения транскрипта?
• Как бактерии используют преждевременную терминацию (аттенуацию) для регуляции экспрессии генов?
• Как эукариотическая терминация связана с процессингом 3'-конца РНК?

Key concepts

• Внутренняя (зависящая от шпильки) терминация
• Rho-зависимая терминация
• Аттенуация и лидерные пептиды
• Антитерминация
• Рибопереключатели
• Расщепление 3'-конца и полиаденилирование
• Остановка полимеразы

Mechanisms

У бактерий внутренние терминаторы образуют богатую GC-последовательностями РНК-шпильку, за которой следует богатый урацилом тракт, дестабилизирующий элонгационный комплекс, в то время как Rho-зависимая терминация использует хеликазу Rho для транслокации вдоль транскрипта и смещения полимеразы; антитерминационные факторы могут преодолевать эти сигналы. Аттенуация регулирует экспрессию, позволяя альтернативным вторичным структурам РНК в лидерной области либо способствовать, либо препятствовать образованию терминатора, часто в сочетании с трансляцией короткого лидерного пептида или с сенсированием малых молекул рибопереключателем. У эукариот терминация генов, кодирующих белки, связана с распознаванием сигнала полиаденилирования и расщеплением нативной РНК, после чего полимераза высвобождается; во всех системах остановка полимеразы тесно связана с контролем того, где и когда происходит терминация.

Clinical relevance

Механизмы терминации и аттенуации изучаются как мишени для антимикробных препаратов и как источники регуляторных вариаций; дефектное формирование 3'-конца и аберрантная терминация могут нарушать экспрессию генов при заболеваниях. Данная статья является справочным описанием механизмов и не является основой для принятия решений о лечении.

History

Аттенуация была определена в ходе исследований бактериальных оперонов биосинтеза аминокислот, основываясь на регуляторной логике модели оперона 1961 года, в то время как механизмы внутренней и Rho-зависимой терминации были установлены биохимией бактериальной транскрипции. В эукариотах работы по процессингу 3'-конца связали терминацию с полиаденилированием, а современные обзоры синтезируют контроль терминации, антитерминации и элонгации.

Key figures

• Charles Yanofsky
• Nick J. Proudfoot
• Irina Artsimovitch
• John T. Lis

Seminal works

• santangelo-artsimovitch-2011
• proudfoot-2011

Frequently asked questions

В чем разница между внутренней и Rho-зависимой терминацией?

Внутренняя терминация основана на РНК-шпильке и богатом урацилом тракте, которые самостоятельно дестабилизируют полимеразу, в то время как Rho-зависимая терминация требует белка Rho для смещения полимеразы с матрицы.

Как аттенуация регулирует ген?

Аттенуация позволяет клетке выбирать, посредством альтернативных РНК-структур в лидерной области, будет ли транскрипция завершаться рано или продолжаться в структурные гены, настраивая экспрессию на такие условия, как доступность аминокислот.