A transzkripció elősegíti a transzkripció megnyúlását és szabályozza a transzkripció terminációját. A transzkripció és a transzláció közötti funkcionális csatolást a riboszóma és az RNS-polimeráz közötti közvetlen fizikai kölcsönhatások (“expresszom-komplex”), a naszcens mRNS másodlagos szerkezetének riboszóma-függő változásai okozzák, amelyek befolyásolják az RNS-polimeráz aktivitását (pl. “csillapítás”), és a riboszóma-függő változások a naszcens mRNS elérhetőségében a transzkripciós terminációs faktor Rho számára (“polaritás”).
Expresszóma komplexSzerkesztés
Az expresszóma egy szupramolekuláris komplex, amely RNS-polimerázból és egy követő riboszómából áll, amelyeket egy közös mRNS-átirat köt össze. Ezt a NusG és NusA transzkripciós faktorok támogatják, amelyek kölcsönhatásba lépnek mind az RNS-polimerázzal, mind a riboszómával, hogy összekapcsolják a komplexeket. A NusG transzkripciós faktor általi összekapcsolódás esetén a riboszóma megköti az újonnan szintetizált mRNS-t, és megakadályozza a transzkripciót gátló másodlagos struktúrák kialakulását. Az expresszóma-komplex képződése segíti a transzkripció megnyúlását is azáltal, hogy a hátráló riboszóma szembeszáll az RNS-polimeráz visszavezetésével. A riboszóma-RNS-polimeráz expresszóma-komplexek háromdimenziós modelljeit krio-elektronmikroszkópiával határozták meg.
Riboszóma-mediált csillapításSzerkesztés
A riboszóma-mediált csillapítás olyan génexpressziós mechanizmus, amelyben a transzkripciós terminációs jelet a transzláció szabályozza. A csillapítás egyes prokarióta operonok kezdetén történik “csillapítóknak” nevezett szekvenciáknál, amelyeket aminosav-bioszintézis enzimeket, pirimidin-bioszintézis enzimeket és antibiotikum-rezisztencia faktorokat kódoló operonokban azonosítottak. Az attenuátor olyan mRNS-szekvenciaelemeken keresztül működik, amelyek koordinálják a transzláció állapotát egy transzkripciós terminációs jelhez:
- Egy rövid nyitott olvasókeret, amely egy “leader peptidet”
- Egy transzkripciós szekvencia
- Egy “kontroll régió”
- Egy transzkripciós terminációs jel
Amikor a leader nyitott olvasókeret eleje átíródott, az RNS-polimeráz szünetet tart a születő mRNS hajtogatása miatt. A transzkripciónak ez a programozott leállása időt ad a leader peptid transzlációjának megkezdésére, és a transzkripció folytatására, amint az a transzlációhoz kapcsolódik. A downstream “kontroll régió” ezután modulálja a riboszóma vagy az RNS-polimeráz elongációs sebességét. Az ezt meghatározó tényező a downstream gének funkciójától függ (pl. a hisztidin szintézisében részt vevő enzimeket kódoló operon egy sor hisztidin kodont tartalmaz, ez a kontroll régió). A kontrollrégió szerepe az, hogy a sejt állapotától függően modulálja, hogy a transzkripció továbbra is összekapcsolódik-e a transzlációval (pl. a hisztidin alacsony rendelkezésre állása lassítja a transzlációt, ami szétkapcsolódáshoz vezet, míg a hisztidin magas rendelkezésre állása lehetővé teszi a hatékony transzlációt és fenntartja a kapcsolást). Végül a transzkripciós terminátorszekvencia átírása következik. Az, hogy a transzkripció a transzlációhoz van-e kapcsolva, meghatározza, hogy ez leállítja-e a transzkripciót. A terminátor az mRNS hajtogatását igényli, és az mRNS szerkezetek kitekerésével a riboszóma két alternatív szerkezet kialakulását választja: a terminátor, vagy egy konkurens hajtogatás, az úgynevezett “antiterminátor” kialakulását.
Az aminosav-bioszintézis operonok esetében ezek lehetővé teszik, hogy a génexpressziós gépezet érzékelje a kódolt enzimek által termelt aminosav bőségét, és ennek megfelelően állítsa be a downstream génexpresszió szintjét: az átírás csak akkor történik, ha az aminosav bősége alacsony, és ezért az enzimek iránti igény magas. Ilyen például a hisztidin (his) és a triptofán (trp) bioszintetikus operon.
A his operon leírására bevezették az “attenuation” kifejezést. Bár jellemzően az aminosavak és más metabolitok bioszintézis operonjainak leírására használják, a programozott transzkripciós terminációt, amely nem a gén végén történik, először a λ-fágokban azonosították. A csillapítás felfedezése azért volt jelentős, mert a repressziótól eltérő szabályozási mechanizmust jelentett. A trp operont mind attenuáció, mind represszió szabályozza, és ez volt az első bizonyíték arra, hogy a génexpressziós szabályozási mechanizmusok lehetnek átfedőek vagy redundánsak.
PolaritásSzerkesztés
A “polaritás” egy olyan génexpressziós mechanizmus, amelyben a transzkripció a transzkripció és a transzláció közötti kapcsolat megszűnése miatt idő előtt befejeződik. A transzkripció megelőzi a transzlációt, amikor a riboszóma szünetet tart vagy korai stop kodonnal találkozik. Ez lehetővé teszi, hogy a transzkripciót lezáró Rho faktor megköthesse az mRNS-t és befejezze az mRNS-szintézist. Következésképpen az operonban lejjebb lévő gének nem íródnak át, és ezért nem is fejeződnek ki. A polaritás az mRNS minőségellenőrzésére szolgál, lehetővé téve, hogy a nem használt transzkriptumok idő előtt befejeződjenek, ahelyett, hogy szintetizálódnának és lebomlanának.
A “polaritás” kifejezést annak a megfigyelésnek a leírására vezették be, hogy a gének sorrendje egy operonon belül fontos: egy upstream génen belüli nonszensz mutáció hatással van a downstream gének átírására. Továbbá, a nonszensz mutáció helyzete az upstream génen belül modulálja a “polaritás mértékét”, az upstream gének elején lévő nonszensz mutációk erősebb polaritást (erősebben csökkentett transzkripciót) gyakorolnak a downstream génekre.
Az attenuation mechanizmusától eltérően, amely a transzkripció belső terminációját jelenti jól meghatározott programozott helyeken, a polaritás Rho-függő és a termináció változó pozícióban történik.