Translation fremmer transkriptionsforlængelse og regulerer transkriptionsterminering. Den funktionelle kobling mellem transkription og translation skyldes direkte fysiske interaktioner mellem ribosomet og RNA-polymerase (“expressomkomplekset”), ribosomafhængige ændringer af den nascente mRNA-sekundærstruktur, som påvirker RNA-polymeraseaktiviteten (f.eks. “dæmpning”), og ribosomafhængige ændringer af nascent mRNA’s tilgængelighed for transkriptionstermineringsfaktoren Rho (“polaritet”).
ExpressomkompleksRediger
Expressomet er et supramolekylært kompleks bestående af RNA-polymerase og et efterfølgende ribosom, der er forbundet af et fælles mRNA-transkript. Det understøttes af transkriptionsfaktorerne NusG og NusA, som interagerer med både RNA-polymerase og ribosomet for at koble komplekserne sammen. Når det kobles sammen af transkriptionsfaktoren NusG, binder ribosomet nyligt syntetiseret mRNA og forhindrer dannelsen af sekundære strukturer, der hæmmer transkriptionen. Dannelsen af et ekspresomkompleks fremmer også transkriptionsforlængelsen ved at det efterfølgende ribosom modvirker RNA-polymerasens tilbagesporing. Tre-dimensionelle modeller af ribosom-RNA-polymerase ekspresom-komplekser er blevet bestemt ved kryo-elektronmikroskopi.
Ribosom-medieret dæmpningRediger
Ribosom-medieret dæmpning er en genekspressions-mekanisme, hvor et transkriptionelt termineringssignal reguleres af translation. Attenuering sker i starten af nogle prokaryote operoner ved sekvenser kaldet “attenuatorer”, som er blevet identificeret i operoner, der koder for aminosyrebiosyntesenzymer, pyrimidinbiosyntesenzymer og antibiotikaresistensfaktorer. Attenuatoren fungerer via et sæt mRNA-sekvenselementer, der koordinerer oversættelsens status i forhold til et transkriptionstermineringssignal:
- En kort åben læseramme, der koder for et “lederpeptid”
- En transkriptionspausesekvens
- En “kontrolregion”
- Et transkriptionstermineringssignal
Når starten af den åbne læseramme for lederpeptidet er blevet transskriberet, holder RNA-polymerase pause på grund af foldning af det spirende mRNA. Dette programmerede stop for transkriptionen giver tid til, at translation af lederpeptidet kan påbegyndes, og at transkriptionen kan genoptages, når den er koblet til translation. Den nedstrøms “kontrolregion” modulerer derefter elongationshastigheden for enten ribosomet eller RNA-polymerase. Den faktor, der bestemmer dette, afhænger af funktionen af de nedstrømsliggende gener (f.eks. indeholder operonet, der koder for enzymer, der er involveret i syntesen af histidin, en række histidin-kodoner, som er kontrolregionen). Kontrolregionens rolle er at modulere, om transkriptionen forbliver koblet til translation afhængigt af den cellulære tilstand (f.eks. bremser en lav tilgængelighed af histidin translation, hvilket fører til afkobling, mens en høj tilgængelighed af histidin muliggør effektiv translation og opretholder koblingen). Endelig transskriberes transkriptionsterminatorsekvensen. Om transkriptionen er koblet til translation, bestemmer, om dette stopper transkriptionen. Terminatoren kræver foldning af mRNA’et, og ved at afvikle mRNA-strukturer vælger ribosomet dannelsen af en af to alternative strukturer: terminatoren eller en konkurrerende foldning kaldet “antiterminatoren”.
For aminosyrebiosynteseoperoner giver disse operoner genekspressionsmaskineriet mulighed for at registrere mængden af den aminosyre, der produceres af de kodede enzymer, og justere niveauet af nedstrømsgenekspression i overensstemmelse hermed: transkription finder kun sted, hvis aminosyreoverfladen er lav, og efterspørgslen efter enzymerne derfor er høj. Som eksempler kan nævnes de biosyntetiske operoner histidin (his) og tryptofan (trp).
Udtrykket “dæmpning” blev indført for at beskrive his-operonet. Selv om det typisk bruges til at beskrive biosyntetiske operoner af aminosyrer og andre metabolitter, blev programmeret transkriptionsterminering, der ikke finder sted i slutningen af et gen, først identificeret i λ-fag. Opdagelsen af dæmpning var vigtig, da den repræsenterede en reguleringsmekanisme, der adskilte sig fra repression. Trp-operonet reguleres af både dæmpning og repression, og det var det første bevis for, at mekanismer til regulering af genekspression kan være overlappende eller redundante.
PolaritetRediger
“Polaritet” er en genekspressionsmekanisme, hvor transkriptionen afsluttes for tidligt på grund af et tab af kobling mellem transkription og translation. Transkriptionen overhaler translationen, når ribosomet holder pause eller støder på et for tidligt stopkodon. Dette giver transkriptionstermineringsfaktoren Rho mulighed for at binde mRNA’et og afslutte mRNA-syntesen. Derfor transskriberes gener, der ligger nedstrøms i operonet, ikke, og de udtrykkes derfor ikke. Polaritet tjener som mRNA-kvalitetskontrol, idet den tillader, at ubrugte transkriptioner afsluttes for tidligt i stedet for at blive syntetiseret og nedbrudt.
Udtrykket “polaritet” blev indført for at beskrive den observation, at genernes rækkefølge inden for et operon er vigtig: en nonsense-mutation inden for et opstrømsgen påvirker transkriptionen af nedstrømsgener. Desuden modulerer nonsense-mutationens position inden for opstrømsgenet “graden af polaritet”, idet nonsense-mutationer i starten af opstrømsgener udøver stærkere polaritet (mere reduceret transkription) på nedstrømsgener.
I modsætning til dæmpningsmekanismen, som indebærer intrinsisk terminering af transkription på veldefinerede programmerede steder, er polaritet Rho-afhængig, og termineringen sker ved variabel position.