La traslazione promuove l’allungamento della trascrizione e regola la terminazione della trascrizione. L’accoppiamento funzionale tra trascrizione e traduzione è causato da interazioni fisiche dirette tra il ribosoma e l’RNA polimerasi (“complesso expressome”), modifiche dipendenti dal ribosoma alla struttura secondaria dell’mRNA nascente che influenzano l’attività dell’RNA polimerasi (ad es. “L’expressome è un complesso supramolecolare composto da RNA polimerasi e da un ribosoma legato a un fattore di terminazione della trascrizione Rho (“polarità”).
Complesso expressomeModifica
L’expressome è un complesso supramolecolare composto da RNA polimerasi e da un ribosoma legato da un trascritto mRNA condiviso. È sostenuto dai fattori di trascrizione NusG e NusA, che interagiscono sia con l’RNA polimerasi che con il ribosoma per accoppiare insieme i complessi. Quando è accoppiato dal fattore di trascrizione NusG, il ribosoma lega l’mRNA appena sintetizzato e previene la formazione di strutture secondarie che inibiscono la trascrizione. La formazione di un complesso expressome aiuta anche l’allungamento della trascrizione da parte del ribosoma che si oppone al back-tracking della RNA polimerasi. Modelli tridimensionali dei complessi expressome ribosoma-RNA polimerasi sono stati determinati dalla crio-elettronica micrscopia.
Attenuazione mediata dal ribosomaEdit
L’attenuazione mediata dal ribosoma è un meccanismo di espressione genica in cui un segnale di terminazione trascrizionale è regolato dalla traduzione. L’attenuazione si verifica all’inizio di alcuni operoni procariotici in sequenze chiamate “attenuatori”, che sono state identificate in operoni che codificano gli enzimi di biosintesi degli aminoacidi, enzimi di biosintesi delle pirimidine e fattori di resistenza agli antibiotici. L’attenuatore funziona attraverso un insieme di elementi di sequenza dell’mRNA che coordinano lo stato della traduzione a un segnale di terminazione della trascrizione:
- Una breve cornice di lettura aperta che codifica un “peptide leader”
- Una sequenza di pausa della trascrizione
- Una “regione di controllo”
- Un segnale di terminazione della trascrizione
Una volta che l’inizio della cornice di lettura aperta leader è stata trascritta, la RNA polimerasi si ferma a causa del ripiegamento dell’mRNA nascente. Questo arresto programmato della trascrizione dà il tempo alla traduzione del peptide leader di iniziare, e la trascrizione di riprendere una volta accoppiata alla traduzione. La “regione di controllo” a valle modula quindi il tasso di allungamento del ribosoma o della RNA polimerasi. Il fattore che determina questo dipende dalla funzione dei geni a valle (ad esempio, l’operone che codifica gli enzimi coinvolti nella sintesi dell’istidina contiene una serie di codoni di istidina è la regione di controllo). Il ruolo della regione di controllo è quello di modulare se la trascrizione rimane accoppiata alla traduzione a seconda dello stato cellulare (ad esempio, una bassa disponibilità di istidina rallenta la traduzione portando al disaccoppiamento, mentre un’alta disponibilità di istidina permette una traduzione efficiente e mantiene l’accoppiamento). Infine, la sequenza del terminatore di trascrizione viene trascritta. Il fatto che la trascrizione sia accoppiata alla traduzione determina se questa interrompe la trascrizione. Il terminatore richiede il ripiegamento dell’mRNA, e svolgendo le strutture dell’mRNA il ribosoma elegge la formazione di una delle due strutture alternative: il terminatore, o un ripiegamento concorrente chiamato “antiterminatore”.
Per gli operoni di biosintesi degli aminoacidi, questi permettono al macchinario di espressione genica di percepire l’abbondanza dell’aminoacido prodotto dagli enzimi codificati, e di regolare di conseguenza il livello di espressione del gene a valle: la trascrizione avviene solo se l’abbondanza dell’aminoacido è bassa e la richiesta degli enzimi è quindi alta. Gli esempi includono gli operoni biosintetici di istidina (his) e triptofano (trp).
Il termine “attenuazione” è stato introdotto per descrivere l’operone his. Mentre è tipicamente usato per descrivere gli operoni di biosintesi degli aminoacidi e di altri metaboliti, la terminazione programmata della trascrizione che non avviene alla fine di un gene è stata identificata per la prima volta nel fago λ. La scoperta dell’attenuazione è stata significativa in quanto rappresenta un meccanismo di regolazione distinto dalla repressione. L’operone trp è regolato sia dall’attenuazione che dalla repressione, e fu la prima prova che i meccanismi di regolazione dell’espressione genica possono essere sovrapposti o ridondanti.
PolarityEdit
“Polarity” è un meccanismo di espressione genica in cui la trascrizione termina prematuramente a causa di una perdita di accoppiamento tra trascrizione e traduzione. La trascrizione supera la traduzione quando il ribosoma fa una pausa o incontra un codone di stop prematuro. Questo permette al fattore di terminazione della trascrizione Rho di legare l’mRNA e terminare la sintesi dell’mRNA. Di conseguenza, i geni che sono a valle dell’operone non vengono trascritti e quindi non vengono espressi. La polarità serve come controllo di qualità dell’mRNA, consentendo ai trascritti inutilizzati di essere terminati prematuramente, piuttosto che sintetizzati e degradati.
Il termine “polarità” è stato introdotto per descrivere l’osservazione che l’ordine dei geni all’interno di un operone è importante: una mutazione senza senso all’interno di un gene a monte ha effetti sulla trascrizione dei geni a valle. Inoltre, la posizione della mutazione senza senso all’interno del gene a monte modula il “grado di polarità”, con mutazioni senza senso all’inizio dei geni a monte che esercitano una polarità più forte (trascrizione più ridotta) sui geni a valle.
A differenza del meccanismo di attenuazione, che comporta la terminazione intrinseca della trascrizione in siti programmati ben definiti, la polarità è Rho-dipendente e la terminazione avviene in posizione variabile.