Transkriptio edistää transkription pidentymistä ja säätelee transkription päättymistä. Transkription ja translaation toiminnallinen kytkeytyminen johtuu ribosomin ja RNA-polymeraasin välisistä suorista fyysisistä vuorovaikutuksista (”ekspressomikompleksi”), ribosomista riippuvista muutoksista nasentissa mRNA:n sekundaarirakenteessa, jotka vaikuttavat RNA-polymeraasin aktiivisuuteen (esim. ”vaimennus”), ja ribosomista riippuvaiset muutokset nasentin mRNA:n saatavuudessa transkription terminointitekijä Rholle (”polariteetti”).
EkspressomikompleksiMuutos
Ekspressomi on supramolekulaarinen kompleksi, joka koostuu RNA-polymeraasista ja perässä kulkevasta ribosomista, jotka on yhdistetty yhteisellä mRNA-transkriptilla. Sitä tukevat transkriptiotekijät NusG ja NusA, jotka ovat vuorovaikutuksessa sekä RNA-polymeraasin että ribosomin kanssa kytkeäkseen kompleksit yhteen. Kun ribosomi kytkeytyy transkriptiotekijä NusG:n avulla, se sitoo vastasyntetisoitua mRNA:ta ja estää transkriptiota estävien sekundaarirakenteiden muodostumisen. Ekspressiokompleksin muodostuminen auttaa myös transkription pidentymistä siten, että perässä kulkeva ribosomi vastustaa RNA-polymeraasin takaperin kulkua. Ribosomi-RNA-polymeraasi-ekspressomikompleksien kolmiulotteiset mallit on määritetty kryoelektronimikroskoopilla.
Ribosomivälitteinen vaimeneminenMuokkaa
Ribosomivälitteinen vaimeneminen on geeniekspressiomekanismi, jossa transkription lopetussignaalia säädellään translaation avulla. Vaimennus tapahtuu joidenkin prokaryoottisten operonien alussa ”vaimentajiksi” kutsutuissa sekvensseissä, jotka on tunnistettu aminohappojen biosynteesientsyymejä, pyrimidiinien biosynteesientsyymejä ja antibioottiresistenssitekijöitä koodaavissa operoneissa. Attenuaattori toimii sellaisten mRNA-sekvenssielementtien kautta, jotka koordinoivat translaation tilaa transkription lopetussignaalin kanssa:
- Lyhyt avoin lukukehys, joka koodaa ”johtajapeptidiä”
- Transkription taukosekvenssi
- ”kontrollialue”
- Transkription lopetussignaali
Kun johtavan avoimen lukukehyksen alku on transkriboitu, RNA-polymeraasi pysähtyy syntyvän mRNA:n taittumisen vuoksi. Tämä transkription ohjelmoitu pysähtyminen antaa aikaa leader-peptidin translaation aloittamiselle ja transkription jatkamiselle, kun se on kytketty translaatioon. Myötävirtaan oleva ”kontrollialue” moduloi sitten joko ribosomin tai RNA-polymeraasin elongaationopeutta. Tekijä, joka määrää tämän, riippuu alavirran geenien toiminnasta (esim. histidiinin synteesiin osallistuvia entsyymejä koodaava operoni sisältää sarjan histidiinikodoneja on kontrollialue). Kontrollialueen tehtävänä on muokata sitä, pysyykö transkriptio kytkettynä translaatioon solun tilasta riippuen (esim. histidiinin vähäinen saatavuus hidastaa translaatiota, mikä johtaa kytkennän katkeamiseen, kun taas histidiinin suuri saatavuus mahdollistaa tehokkaan translaation ja ylläpitää kytkentää). Lopuksi transkriptioterminaattorisekvenssi transkriboidaan. Se, onko transkriptio kytketty translaatioon, määrää sen, lopetetaanko transkriptio. Terminaattori edellyttää mRNA:n taittumista, ja purkamalla mRNA:n rakenteita ribosomi valitsee jommankumman kahdesta vaihtoehtoisesta rakenteesta: terminaattorin tai kilpailevan taitteen, jota kutsutaan ”antiterminaattoriksi”.
Aminohappojen biosynteesin operonien avulla geeniekspressiokoneisto voi aistia koodattujen entsyymien tuottaman aminohapon runsauden ja säätää myöhemmän geeniekspression tasoa sen mukaisesti: transkriptio tapahtuu vain, jos aminohappojen määrä on vähäinen ja entsyymien kysyntä näin ollen suuri. Esimerkkejä ovat histidiinin (his) ja tryptofaanin (trp) biosynteettiset operonit.
Termi ”vaimennus” otettiin käyttöön kuvaamaan his-operonia. Vaikka sitä käytetään tyypillisesti kuvaamaan aminohappojen ja muiden aineenvaihduntatuotteiden biosynteesin operoneja, ohjelmoitu transkription lopetus, joka ei tapahdu geenin lopussa, tunnistettiin ensimmäisen kerran λ-faagissa. Vaimennuksen löytyminen oli merkittävää, koska se edustaa repressiosta poikkeavaa säätelymekanismia. Trp-operonia säädellään sekä vaimennuksella että repressiolla, ja se oli ensimmäinen todiste siitä, että geeniekspression säätelymekanismit voivat olla päällekkäisiä tai redundantteja.
PolariteettiEdit
”Polariteetti” on geeniekspressiomekanismi, jossa transkriptio päättyy ennenaikaisesti transkription ja translaation välisen kytkennän häviämisen vuoksi. Transkriptio ylittää translaation, kun ribosomi pysähtyy tai kohtaa ennenaikaisen stop-kodonin. Tällöin transkription lopetustekijä Rho voi sitoutua mRNA:han ja lopettaa mRNA-synteesin. Näin ollen operonin loppupäässä olevia geenejä ei transkriboida eikä niitä näin ollen ekspressoida. Polariteetti toimii mRNA:n laadunvalvontana, jolloin käyttämättömät transkriptit lopetetaan ennenaikaisesti sen sijaan, että ne syntetisoitaisiin ja hajotettaisiin.
Termi ”polariteetti” otettiin käyttöön kuvaamaan havaintoa siitä, että geenien järjestyksellä operonissa on merkitystä: ylävirran geenin nonsense-mutaatio vaikuttaa alavirran geenien transkriptioon. Lisäksi nonsense-mutaation sijainti ylävirran geenissä moduloi ”polariteetin astetta”, jolloin ylävirran geenien alussa olevat nonsense-mutaatiot vaikuttavat voimakkaammin polariteettiin (vähentävät transkriptiota enemmän) alavirran geeneihin.
Toisin kuin vaimenemismekanismi, johon liittyy transkription sisäinen päättyminen tarkoin määritellyissä ohjelmoiduissa paikoissa, polariteettimekanismi on Rho:sta riippuvainen, ja päättyminen tapahtuu vaihtelevissa paikoissa.