Translace podporuje prodlužování transkripce a reguluje její ukončení. Funkční spojení mezi transkripcí a translací je způsobeno přímými fyzickými interakcemi mezi ribozomem a polymerázou RNA („expresomový komplex“), změnami sekundární struktury nascentní mRNA závislými na ribozomu, které ovlivňují aktivitu polymerázy RNA (např. „útlum“) a na ribozomu závislými změnami dostupnosti nascentní mRNA pro transkripční terminační faktor Rho („polarita“).
Expresomový komplexEdit
Expresom je supramolekulární komplex sestávající z RNA polymerázy a vlečného ribozomu spojeného společným transkriptem mRNA. Je podporován transkripčními faktory NusG a NusA, které interagují s RNA polymerázou i ribozomem a spojují komplexy dohromady. Když je spojen transkripčním faktorem NusG, ribozom váže nově syntetizovanou mRNA a zabraňuje tvorbě sekundárních struktur, které inhibují transkripci. Tvorba expresního komplexu také napomáhá prodlužování transkripce tím, že vlečný ribosom brání zpětnému pohybu RNA polymerázy. Trojrozměrné modely expresomových komplexů ribozom-RNA polymeráza byly určeny pomocí kryoelektronové mikroskopie.
Ribozomem zprostředkovaný útlumEdit
Ribozomem zprostředkovaný útlum je mechanismus genové exprese, při kterém je transkripční terminační signál regulován translací. K útlumu dochází na začátku některých prokaryotických operonů v sekvencích nazývaných „atenuátory“, které byly identifikovány v operonech kódujících enzymy biosyntézy aminokyselin, enzymy biosyntézy pyrimidinů a faktory rezistence vůči antibiotikům. Atenuátor funguje prostřednictvím souboru sekvenčních prvků mRNA, které koordinují stav translace na signál ukončení transkripce:
- Krátký otevřený čtecí rámec kódující „vedoucí peptid“
- Sekvence transkripční pauzy
- „kontrolní oblast“
- Signál ukončení transkripce
Po přepisu začátku vedoucího otevřeného čtecího rámce se polymeráza RNA pozastaví kvůli skládání vznikající mRNA. Toto naprogramované zastavení transkripce poskytuje čas pro zahájení translace vedoucího peptidu a obnovení transkripce po spojení s translací. Následná „řídicí oblast“ pak moduluje rychlost elongace buď ribozomu, nebo RNA polymerázy. Faktor, který to určuje, závisí na funkci navazujících genů (např. operon kódující enzymy podílející se na syntéze histidinu obsahuje řadu histidinových kodonů, je kontrolní oblastí). Úkolem řídící oblasti je modulovat, zda transkripce zůstane spojena s translací v závislosti na stavu buňky (např. nízká dostupnost histidinu zpomaluje translaci, což vede k rozpojení, zatímco vysoká dostupnost histidinu umožňuje účinnou translaci a udržuje spojení). Nakonec je transkribována sekvence terminátoru transkripce. To, zda je transkripce spojena s translací, určuje, zda se tím transkripce zastaví. Terminátor vyžaduje složení mRNA a odvíjením struktur mRNA ribozom volí vytvoření jedné ze dvou alternativních struktur: terminátoru, nebo konkurenčního složení označovaného jako „antiterminátor“.
U operonů biosyntézy aminokyselin tyto umožňují genovému expresnímu aparátu vycítit množství aminokyselin produkovaných kódovanými enzymy a podle toho upravit úroveň exprese navazujících genů: k transkripci dochází pouze tehdy, je-li množství aminokyselin nízké, a poptávka po enzymech je tedy vysoká. Příkladem jsou biosyntetické operony histidinu (his) a tryptofanu (trp).
Pro popis his operonu byl zaveden termín „útlum“. Zatímco se obvykle používá k popisu operonů biosyntézy aminokyselin a jiných metabolitů, programované ukončení transkripce, ke kterému nedochází na konci genu, bylo poprvé identifikováno u λ-fága. Objev útlumu byl významný, protože představoval regulační mechanismus odlišný od represe. Operon trp je regulován jak útlumem, tak represí, a byl prvním důkazem, že mechanismy regulace genové exprese se mohou překrývat nebo být redundantní.
PolaritaEdit
„Polarita“ je mechanismus genové exprese, při kterém dochází k předčasnému ukončení transkripce v důsledku ztráty vazby mezi transkripcí a translací. Transkripce předbíhá translaci, když se ribozom zastaví nebo narazí na předčasný stop kodon. To umožňuje faktoru Rho ukončujícímu transkripci navázat mRNA a ukončit syntézu mRNA. V důsledku toho nejsou geny, které se nacházejí za operonem, přepisovány, a tudíž se neexprimují. Polarita slouží jako kontrola kvality mRNA a umožňuje, aby nepoužívané transkripty byly předčasně ukončeny, místo aby byly syntetizovány a degradovány.
Termín „polarita“ byl zaveden k popisu pozorování, že pořadí genů v rámci operonu je důležité: nesmyslná mutace v genu v horním řetězci ovlivňuje transkripci genů v řetězci. Navíc pozice nonsensové mutace v rámci upstream genu moduluje „stupeň polarity“, přičemž nonsensové mutace na začátku upstream genů působí silnější polaritu (více redukovanou transkripci) na downstream geny.
Na rozdíl od mechanismu útlumu, který zahrnuje vnitřní ukončení transkripce na přesně definovaných naprogramovaných místech, je polarita závislá na Rho a k ukončení dochází na variabilní pozici.
.