Kết thúc và Suy giảm Phiên mã

Kết thúc phiên mã là bước mà RNA polymerase ngừng tổng hợp và giải phóng RNA đã hoàn thành cùng khuôn mẫu, xác định nơi một bản phiên mã kết thúc. Suy giảm phiên mã là một chiến lược điều hòa liên quan, nổi bật ở vi khuẩn, trong đó sự kết thúc sớm trong một vùng dẫn đầu điều chỉnh lượng gen xuôi dòng được phiên mã để đáp ứng với các điều kiện tế bào.

Definition

Kết thúc phiên mã, di truyền là quá trình mà RNA polymerase ngừng tổng hợp RNA và tách khỏi khuôn DNA, giải phóng bản phiên mã; suy giảm phiên mã là sự điều hòa biểu hiện gen thông qua việc kiểm soát sự kết thúc sớm của phiên mã trước khi polymerase tiếp cận các gen cấu trúc.

Scope

Chủ đề này bao gồm các cơ chế kết thúc phiên mã, kết thúc nội tại ở vi khuẩn (phụ thuộc cấu trúc kẹp tóc) và kết thúc phụ thuộc Rho, kết thúc ở sinh vật nhân chuẩn kết hợp với cắt bỏ đầu 3' và polyadenyl hóa, và kết thúc sớm điều hòa bao gồm suy giảm và chống kết thúc. Chủ đề này trình bày các cơ chế này ở cấp độ tham khảo-giáo dục chứ không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Tín hiệu nào cho RNA polymerase biết để dừng và giải phóng bản phiên mã của nó?
• Vi khuẩn sử dụng sự kết thúc sớm (suy giảm) như thế nào để điều hòa biểu hiện gen?
• Sự kết thúc ở sinh vật nhân chuẩn được kết hợp với quá trình xử lý đầu 3' của RNA như thế nào?

Key concepts

• Kết thúc nội tại (phụ thuộc cấu trúc kẹp tóc)
• Kết thúc phụ thuộc Rho
• Suy giảm và các peptide dẫn đầu
• Chống kết thúc
• Riboswitch
• Cắt bỏ đầu 3' và polyadenyl hóa
• Tạm dừng polymerase

Mechanisms

Ở vi khuẩn, các yếu tố kết thúc nội tại tạo thành một cấu trúc kẹp tóc RNA giàu GC theo sau là một đoạn giàu uracil làm mất ổn định phức hợp kéo dài, trong khi sự kết thúc phụ thuộc Rho sử dụng helicase Rho để di chuyển dọc theo bản phiên mã và làm bật polymerase; các yếu tố chống kết thúc có thể ghi đè lên các tín hiệu này. Suy giảm điều hòa biểu hiện bằng cách cho phép các cấu trúc thứ cấp RNA thay thế trong một vùng dẫn đầu hoặc thúc đẩy hoặc ngăn chặn sự hình thành yếu tố kết thúc, thường kết hợp với dịch mã của một peptide dẫn đầu ngắn hoặc với cảm biến phân tử nhỏ bằng riboswitch. Ở sinh vật nhân chuẩn, sự kết thúc của các gen mã hóa protein được kết hợp với việc nhận diện tín hiệu polyadenyl hóa và cắt bỏ RNA non, sau đó polymerase được giải phóng; trong tất cả các hệ thống, sự tạm dừng của polymerase có liên quan chặt chẽ đến việc kiểm soát nơi và liệu sự kết thúc có xảy ra hay không.

Clinical relevance

Các cơ chế kết thúc và suy giảm được nghiên cứu như các mục tiêu cho thuốc kháng sinh và là nguồn biến đổi điều hòa; sự hình thành đầu 3' bị lỗi và sự kết thúc bất thường có thể làm xáo trộn biểu hiện gen trong bệnh tật. Mục này là một mô tả tham khảo về các cơ chế và không phải là cơ sở cho các quyết định điều trị.

History

Suy giảm được định nghĩa thông qua các nghiên cứu về các operon sinh tổng hợp axit amin của vi khuẩn, dựa trên logic điều hòa của mô hình operon năm 1961, trong khi các cơ chế kết thúc nội tại và phụ thuộc Rho được thiết lập bởi hóa sinh phiên mã của vi khuẩn. Ở sinh vật nhân chuẩn, công trình về xử lý đầu 3' đã liên kết sự kết thúc với polyadenyl hóa, và các bài đánh giá hiện đại tổng hợp sự kết thúc, chống kết thúc và kiểm soát kéo dài.

Key figures

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

Seminal works

• santangelo-artsimovitch-2011
• proudfoot-2011

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa kết thúc nội tại và kết thúc phụ thuộc Rho là gì?

Kết thúc nội tại dựa vào một cấu trúc kẹp tóc RNA và một đoạn giàu uracil tự làm mất ổn định polymerase, trong khi kết thúc phụ thuộc Rho yêu cầu protein Rho kéo polymerase ra khỏi khuôn mẫu.

Suy giảm điều hòa một gen như thế nào?

Suy giảm cho phép tế bào lựa chọn, thông qua các cấu trúc RNA thay thế trong một vùng dẫn đầu, liệu phiên mã kết thúc sớm hay tiếp tục vào các gen cấu trúc, điều chỉnh biểu hiện theo các điều kiện như sự sẵn có của axit amin.