การยุติการถอดรหัสและการลดทอนการถอดรหัส

การยุติการถอดรหัสเป็นขั้นตอนที่ RNA polymerase หยุดการสังเคราะห์และปล่อย RNA ที่สมบูรณ์และแม่แบบ ซึ่งเป็นการกำหนดจุดสิ้นสุดของการถอดรหัส การลดทอนการถอดรหัสเป็นกลยุทธ์การควบคุมที่เกี่ยวข้อง ซึ่งโดดเด่นในแบคทีเรีย โดยที่การยุติก่อนกำหนดภายในบริเวณนำ (leader region) จะปรับปริมาณยีนปลายน้ำที่จะถูกถอดรหัสเพื่อตอบสนองต่อสภาวะของเซลล์

Definition

การยุติการถอดรหัสทางพันธุกรรม คือกระบวนการที่ RNA polymerase หยุดการสังเคราะห์ RNA และแยกตัวออกจากแม่แบบ DNA โดยปล่อยสารถอดรหัสออกมา; การลดทอนการถอดรหัสคือการควบคุมการแสดงออกของยีนผ่านการยุติการถอดรหัสก่อนกำหนดที่ถูกควบคุม ก่อนที่ polymerase จะไปถึงยีนโครงสร้าง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกลไกที่ยุติการถอดรหัส ได้แก่ การยุติภายในของแบคทีเรีย (ที่ขึ้นกับโครงสร้างแฮร์พิน) และการยุติที่ขึ้นกับ Rho การยุติของยูคาริโอตที่เชื่อมโยงกับการตัดปลาย 3' และการเติมโพลีอะดีนีน และการยุติก่อนกำหนดเชิงควบคุม รวมถึงการลดทอนและการต้านการยุติการถอดรหัส โดยจะอธิบายกลไกเหล่านี้ในระดับอ้างอิงเชิงการศึกษา ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Core questions

• สัญญาณใดที่บอกให้ RNA polymerase หยุดและปล่อยสารถอดรหัส?
• แบคทีเรียใช้การยุติก่อนกำหนด (การลดทอนการถอดรหัส) เพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนได้อย่างไร?
• การยุติของยูคาริโอตเชื่อมโยงกับการประมวลผลปลาย 3' ของ RNA ได้อย่างไร?

Key concepts

• การยุติภายใน (ที่ขึ้นกับโครงสร้างแฮร์พิน)
• การยุติที่ขึ้นกับ Rho
• การลดทอนการถอดรหัสและเปปไทด์นำ
• การต้านการยุติการถอดรหัส
• Riboswitches
• การตัดปลาย 3' และการเติมโพลีอะดีนีน
• การหยุดชั่วคราวของ polymerase

Mechanisms

ในแบคทีเรีย ตัวยุติภายใน (intrinsic terminators) จะสร้างโครงสร้างแฮร์พินของ RNA ที่อุดมด้วย GC ตามด้วยส่วนที่อุดมด้วยยูราซิล ซึ่งทำให้คอมเพล็กซ์การยืดตัวไม่เสถียร ในขณะที่การยุติที่ขึ้นกับ Rho ใช้ Rho helicase เพื่อเคลื่อนที่ไปตามสารถอดรหัสและปลด polymerase ออก; ปัจจัยต้านการยุติการถอดรหัสสามารถยับยั้งสัญญาณเหล่านี้ได้ การลดทอนการถอดรหัสควบคุมการแสดงออกโดยให้โครงสร้างทุติยภูมิของ RNA ทางเลือกในบริเวณนำ (leader region) สนับสนุนหรือป้องกันการก่อตัวของตัวยุติ ซึ่งมักจะเชื่อมโยงกับการแปลรหัสของเปปไทด์นำสั้นๆ หรือกับการตรวจจับโมเลกุลขนาดเล็กโดย riboswitch ในยูคาริโอต การยุติของยีนที่เข้ารหัสโปรตีนจะเชื่อมโยงกับการจดจำสัญญาณโพลีอะดีนิลเลชันและการตัด RNA ที่กำลังสังเคราะห์ หลังจากนั้น polymerase จะถูกปล่อยออกมา; ในทุกระบบ การหยุดชั่วคราวของ polymerase มีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการควบคุมว่าการยุติจะเกิดขึ้นที่ใดและเมื่อใด

Clinical relevance

กลไกการยุติและการลดทอนการถอดรหัสถูกศึกษาในฐานะเป้าหมายสำหรับยาต้านจุลชีพและเป็นแหล่งของความหลากหลายในการควบคุม; การสร้างปลาย 3' ที่บกพร่องและการยุติที่ผิดปกติอาจรบกวนการแสดงออกของยีนในโรคต่างๆ ข้อมูลนี้เป็นคำอธิบายอ้างอิงของกลไกและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการรักษา

History

การลดทอนการถอดรหัสถูกกำหนดผ่านการศึกษาโอเปอรอนการสังเคราะห์กรดอะมิโนของแบคทีเรีย โดยต่อยอดจากตรรกะการควบคุมของแบบจำลองโอเปอรอนปี 1961 ในขณะที่กลไกของการยุติภายในและการยุติที่ขึ้นกับ Rho ถูกสร้างขึ้นโดยชีวเคมีของการถอดรหัสของแบคทีเรีย ในยูคาริโอต งานวิจัยเกี่ยวกับการประมวลผลปลาย 3' ได้เชื่อมโยงการยุติกับการเติมโพลีอะดีนีน และบทวิจารณ์สมัยใหม่ได้สังเคราะห์การยุติ การต้านการยุติ และการควบคุมการยืดตัว

Key figures

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

Seminal works

• santangelo-artsimovitch-2011
• proudfoot-2011

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการยุติภายในและการยุติที่ขึ้นกับ Rho คืออะไร?

การยุติภายในอาศัยโครงสร้างแฮร์พินของ RNA และส่วนที่อุดมด้วยยูราซิลที่ทำให้ polymerase ไม่เสถียรด้วยตัวเอง ในขณะที่การยุติที่ขึ้นกับ Rho ต้องการโปรตีน Rho เพื่อดึง polymerase ออกจากแม่แบบ

การลดทอนการถอดรหัสควบคุมยีนได้อย่างไร?

การลดทอนการถอดรหัสช่วยให้เซลล์สามารถเลือกได้ผ่านโครงสร้าง RNA ทางเลือกในบริเวณนำ ว่าการถอดรหัสจะยุติก่อนกำหนดหรือดำเนินต่อไปยังยีนโครงสร้าง ซึ่งเป็นการปรับการแสดงออกให้เข้ากับสภาวะต่างๆ เช่น ความพร้อมของกรดอะมิโน