Antiterminering

Antiterminering är den prokaryota cellens hjälp för att fixera för tidig avslutning av RNA-syntes under transkriptionen av RNA . Det inträffar när RNA-polymeraset ignorerar termineringssignalen och fortsätter att förlänga sitt transkript tills en andra signal nås. Antiterminering tillhandahåller en mekanism varigenom en eller flera gener i slutet av en operon kan slås på eller av, beroende på att polymeraset antingen känner igen eller inte känner igen termineringssignalen.

Antiterminering används av vissa fager för att reglera progression från ett stadium av genuttryck till nästa. Lambda-genen N, kodar för ett antitermineringsprotein (pN) som är nödvändigt för att tillåta RNA-polymeras att läsa igenom terminatorerna som finns i ändarna av de omedelbart tidiga generna. Ett annat antitermineringsprotein, pQ, krävs senare vid faginfektion. pN och pQ verkar på RNA-polymeras när det passerar specifika ställen. Dessa platser är belägna vid olika relativa positioner i sina respektive transkriptionsenheter.

Antiterminering kan vara en reglerad händelse

Antiterminering upptäcktes vid bakteriofaginfektioner . Ett vanligt drag i kontrollen av faginfektion är att mycket få av faggenerna kan transkriberas av det bakteriella värd- RNA-polymeraset . Bland dessa gener finns emellertid regulatorer vars produkter tillåter att nästa uppsättning faggener uttrycks. En av dessa typer av regulator är ett antitermineringsprotein. I frånvaro av antitermineringsproteinet slutar RNA-polymeras vid terminatorn. När antitermineringsproteinet är närvarande fortsätter det förbi terminatorn.

Det bäst karakteriserade exemplet på antiterminering tillhandahålls av lambda phage , där fenomenet upptäcktes. Det används i två stadier av faguttryck. Antitermineringsproteinet som produceras i varje steg är specifikt för de speciella transkriptionsenheterna som uttrycks i det steget.

Värd-RNA-polymeraset transkriberar initialt två gener, som kallas de omedelbart tidiga generna (N och cro). Övergången till nästa uttrycksstadium kontrolleras genom att förhindra terminering vid ändarna av de omedelbart tidiga generna, med resultatet att de fördröjda tidiga generna uttrycks. Antitermineringsproteinet pN verkar specifikt på de omedelbara tidiga transkriptionsenheterna. Senare under infektion verkar ett annat antitermineringsprotein pQ specifikt på den sena transkriptionsenheten, för att tillåta dess transkription att fortsätta förbi en avslutningssekvens.

De olika specificiteterna på pN och pQ etablerar en viktig allmän princip: RNA-polymeras interagerar med transkriptionsenheter på ett sådant sätt att en sidofaktor kan sponsra antiterminering specifikt för vissa transkript. Avslutning kan styras med samma typ av precision som initiering.

Antitermineringsaktiviteten för pN är mycket specifik, men antitermineringshändelsen bestäms inte av terminatorerna _tL1 och _tR1 ; igenkänningsstället som behövs för antiterminering ligger uppströms i transkriptionsenheten, det vill säga på en annan plats än terminatorplatsen där åtgärden slutligen utförs.

De igenkänningsställen som krävs för pN-verkan kallas nut (för N-användning). De platser som är ansvariga för att bestämma antiterminering åt vänster och höger beskrivs som mutter _L respektive mutter _G .

När pN känner igen nötstället bildar det ett ihållande antitermineringskomplex i samarbete med ett antal E. coli-värdproteiner. Dessa inkluderar tre värd-Nus-proteiner, NusA, B och C. NusA är ett intressant protein. I sig själv i E. coli är det en del av transkriptionstermineringssystemet. Men när den adjungeras av N deltar den i antiuppsägning. Komplexet måste verka på RNA-polymeras för att säkerställa att enzymet inte längre kan svara på terminatorn. De variabla placeringarna av nötställena indikerar att denna händelse varken är kopplad till initiering eller avslutning, utan kan inträffa till RNA-polymeras eftersom det förlänger RNA-kedjan förbi nötstället. Fager som är relaterade till lambda har olika N-gener och olika antitermineringsspecificiteter. Regionen på faggenomet där nötställena ligger har en annan sekvens i var och en av dessa fager, och varje fag måste därför ha karakteristiska nötställen som känns igen specifikt av sitt eget pN. Var och en av dessa pN-produkter måste ha samma allmänna förmåga att interagera med transkriptionsapparaten i en antitermineringskapacitet, men varje produkt har också en annan specificitet för sekvensen av DNA som aktiverar mekanismen.

Processiv antiterminering

Antiterminering i lambda induceras av två ganska distinkta mekanismer. Den första är resultatet av interaktion mellan lambda N-protein och dess mål i de tidiga fagtranskripten, och den andra är resultatet av en interaktion mellan lambda Q-proteinet och dess mål i den sena fagpromotorn. Vi beskriver N-mekanismen först. Lambda N, ett litet basprotein från den argininrika motivfamiljen (ARM) av RNA-bindande proteiner, binder till en 15- nukleotider (nt) stamslinga som kallas BOXB. (Vi kommer att använda versaler för namnen på platser i RNA och kursivera namnen på motsvarande DNA-sekvenser; t.ex. BOXB och boxB .) boxB finns två gånger i lambda-kromosomen, en gång i var och en av de två tidiga operonerna . Det är nära startpunkten för PL- _{operontranskriptet} och strax nedströms den första translaterade genen av PR- _operonet . Varken avståndet mellan transkriptionsstartstället och boxB , eller promotorns natur (åtminstone i fallet med sigma-70-beroende promotorer), eller arten av terminatorn är relevant för N-verkan. Även om boxB- sekvensen inte är väl konserverad i andra bakteriofager i lambdafamiljen, kodar de flesta av dessa fager för proteiner som är analoga med lambda N och har sekvenser som kan bilda BOXB-liknande strukturer i deras PL- och _PR - _operoner . I vissa fall har det visats att dessa strukturer känns igen av de besläktade N-analogerna. Man tror att detta förklarar fagspecificiteten för N-medierad antiterminering.

Processiv antiterminering kräver hela antitermineringskomplexet. Sammansättningen av NusB, S10 och NusG på kärnkomplexet involverar nt 2 till 7 av lambda BOXA (CGCUCUUACACA), såväl som den karboxylterminala regionen av N, som interagerar med RNAP. Rollen för NusG i N-antitermineringsreaktionen är inte klar. NusG binder till termineringsfaktor Rho och till RNAP. Det stimulerar hastigheten för transkriptionsförlängning och krävs för aktiviteten av vissa Rho-beroende terminatorer. NusG är en komponent i det kompletta antitermineringskomplexet och förbättrar N-antiterminering in vitro. Ändring av lambda BOXA till en variant som kallas BOXA consensus (CGCUCUUUAACA) gör det möjligt för NusB och S10 att monteras i frånvaro av NusG. Dessutom har utarmning av NusG ingen effekt på lambda N-antiterminering in vivo, och till skillnad från nusA, nusB och nusE har inga punktmutationer i nusG som blockerar N-aktivitet isolerats. En NusG-homolog, RfaH, förbättrar förlängningen av flera transkript i E. coli och S. typhimurium. Möjligheten att RfaH och NusG är redundanta för N-antiterminering har ännu inte testats, även om de två proteinerna inte är utbytbara för flera andra funktioner.

Processiv antiterminering kan förmedlas av RNA såväl som proteiner. Kolipag HK022, ensam bland de kända lambdoida fagerna, kodar inte för en analog till lambda N. Istället främjar den antiterminering av tidig fagtranskription genom den direkta verkan av transkriberade sekvenser som kallas putsställen (för polymerasanvändning). Det finns två närbesläktade putsställen , en belägen i P _L -operonen och den andra belägen i P _R -operonen, ungefär motsvarande positionerna för nötsekvenserna i lambda och i andra lambda-släktingar. sätta platser fungerar i cis för att främja genomläsning av nedströms terminatorer i frånvaro av alla HK022-proteiner. Puttranskripten förutsägs bilda två stamslingor separerade av en enda oparad nukleotid . Denna förutsägelse stöds av mutationsstudier och mönstret av känslighet för de två RNA:erna för klyvning med enkel- och dubbelsträngsspecifika endoribonukleaser . RNA-struktur är kritisk för antiterminering eftersom mutationer som förhindrar bildandet av baspar i stjälkarna minskar funktionen, och dessa mutationer kan undertryckas av ytterligare mutationer som återställer basparning. Liksom lambda N och Q PUT -sekvenserna polymeraspausning och främjar processiv antiterminering i ett renat in vitro-transkriptionssystem. I motsats till lambda N krävs inga fag- eller hjälpbakteriella faktorer. De enda mutationer som är kända för att blockera PUT -medierad antiterminering förändrar högkonserverade aminosyror belägna i en cysteinrik amino-proximal domän av RNAP beta'-subenheten. Stammar som bär dessa mutationer kan inte stödja lytisk tillväxt av HK022 men är normala i alla andra testade avseenden, inklusive lytisk tillväxt av lambda och andra lambda-släktingar. De fagbegränsade fenotyperna som förlänas av dessa mutationer tyder på att de förändrar en domän av RNAP-beta' som interagerar specifikt med begynnande PUT -RNA i transkriptionsförlängningskomplexet, men denna idé har inte testats direkt. Stabiliteten för den förmodade PUT -RNAP-interaktionen och arten av den PUT -inducerade modifieringen av förlängningskomplexet är okänd.

Processiv antiterminering upptäcktes först i en bakteriofag, men exempel har sedan dess hittats i bakteriella operoner. E. coli rrn-operonerna regleras av en antitermineringsmekanism som är beroende av platser som är nära besläktade med lambda boxA och lokaliserad promotor proximalt till 16S- och 23S-strukturgenerna i varje operon. Sekvenserna för rrn BOXA-ställena liknar mer bakteriofagkonsensus än för lambda, och de binder NusB-S10 mer effektivt. Även om stam-loop-strukturer som är analoga med BOXB finns promotor proximalt till BOXA-ställena, är de inte väsentliga för antiterminering. En rrn BOXA-sekvens ger full antitermineringsaktivitet mot Rho-beroende men inte mot inre terminatorer. BOXA ökar också hastigheten för transkriptionsförlängning av RNAP. Punktmutationer i BOXA inducerar för tidig transkriptionsterminering. rrn-antiterminering kräver NusB in vivo, vilket visas av ett NusB-utarmningsexperiment. NusA stimulerar förlängningshastigheten för rrn RNA-kedjor som bär BOXA. En roll för NusA föreslås vidare av observationen att nusA10 (Cs)-mutationen hämmar både antiterminering och hastigheten för transkriptionsförlängning i en rrn-operon. Rollen för andra Nus-faktorer i rrn-reglering in vivo är inte klar. In vitro bildas ett antitermineringskomplex som inkluderar NusA, NusB, S10 och NusG vid BOXA-sekvensen av rrnG, men dessa komponenter är inte tillräckliga för antiterminering i sig. Ytterligare en faktor eller faktorer som kan tillhandahållas av ett cellulärt extrakt krävs, men deras identiteter är okända.

• Krebs, JE, Goldstein, ES, Lewin, B., & Kilpatrick, ST (2010). Antiterminering kan vara en reglerad händelse. I Lewins essentiella gener (2:a uppl., s. 287–291). Sudbury, Massachusetts: Jones and Bartlett Publishers
• Weisberg, RA, & Gottesman, ME (1999). Processiv antiterminering. Journal of Bacteriology, 181 (2), 359-367

externa länkar

• American Society for Microbiology Journal of Bacteriology
• Lewins viktiga gener på Google Books