Translacja promuje elongację transkrypcji i reguluje terminację transkrypcji. Funkcjonalne sprzężenie między transkrypcją a translacją jest spowodowane bezpośrednimi fizycznymi interakcjami między rybosomem a polimerazą RNA („kompleks ekspresomu”), zależnymi od rybosomu zmianami w strukturze drugorzędowej nascenu mRNA, które wpływają na aktywność polimerazy RNA (np. „tłumienie”), oraz zależne od rybosomu zmiany w dostępności naskórkowego mRNA dla czynnika terminacji transkrypcji Rho („polarność”).
Kompleks ekspresomuEdit
Kompleks ekspresomu jest supramolekularnym kompleksem składającym się z polimerazy RNA i śledzącego rybosomu połączonego wspólnym transkryptem mRNA. Jest on wspierany przez czynniki transkrypcyjne NusG i NusA, które oddziałują zarówno z polimerazą RNA, jak i rybosomem, aby połączyć kompleksy razem. Po sprzężeniu przez czynnik transkrypcyjny NusG, rybosom wiąże nowo zsyntetyzowany mRNA i zapobiega tworzeniu się struktur wtórnych, które hamują transkrypcję. Utworzenie kompleksu ekspresomu wspomaga również wydłużanie transkrypcji przez rybosom wleczony, który przeciwstawia się cofaniu polimerazy RNA. Trójwymiarowe modele kompleksów ekspresomu rybosomu-RNA polimerazy zostały określone przez mikroskopię krioelektronową.
Ribosome-mediated attenuationEdit
Ribosome-mediated attenuation jest mechanizmem ekspresji genów, w którym sygnał zakończenia transkrypcji jest regulowany przez translację. Atenuacja występuje na początku niektórych prokariotycznych operonów w sekwencjach zwanych „atenuatorami”, które zostały zidentyfikowane w operonach kodujących enzymy biosyntezy aminokwasów, enzymy biosyntezy pirymidyny i czynniki oporności na antybiotyki. Atenuator funkcjonuje poprzez zestaw elementów sekwencji mRNA, które koordynują status translacji do sygnału zakończenia transkrypcji:
- Krótka otwarta ramka odczytu kodująca „peptyd lidera”
- Sekwencja pauzy transkrypcyjnej
- Sekwencja „regionu kontrolnego”
- Sygnał zakończenia transkrypcji
Po transkrypcji początku otwartej ramki odczytu lidera, polimeraza RNA wstrzymuje transkrypcję ze względu na składanie powstającego mRNA. To zaprogramowane zatrzymanie transkrypcji daje czas na rozpoczęcie translacji peptydu wiodącego i wznowienie transkrypcji po sprzężeniu jej z translacją. Następnie „region kontrolny” moduluje tempo elongacji rybosomu lub polimerazy RNA. Czynnik decydujący o tym zależy od funkcji genów znajdujących się w dalszej części łańcucha (np. operon kodujący enzymy biorące udział w syntezie histydyny zawiera serię kodonów histydynowych jest regionem kontrolnym). Rol± regionu kontrolnego jest modulowanie, czy transkrypcja pozostaje sprzężona z translacj± w zależno¶ci od stanu komórki (np. niska dostępno¶ć histydyny spowalnia translację prowadz±c do jej rozł±czenia, podczas gdy wysoka dostępno¶ć histydyny pozwala na wydajn± translację i utrzymanie sprzężenia). Wreszcie, sekwencja terminatora transkrypcji ulega transkrypcji. To, czy transkrypcja jest sprzężona z translacją, decyduje o tym, czy zatrzymuje ona transkrypcję. Terminator wymaga złożenia mRNA, a odwijając struktury mRNA rybosom wybiera utworzenie jednej z dwóch alternatywnych struktur: terminatora lub konkurencyjnego złożenia określanego jako „antyterminator”.
Dla operonów biosyntezy aminokwasów, pozwalają one maszynerii ekspresji genów wyczuć obfitość aminokwasu produkowanego przez kodowane enzymy i odpowiednio dostosować poziom ekspresji genów downstream: transkrypcja występująca tylko wtedy, gdy obfitość aminokwasu jest niska, a zapotrzebowanie na enzymy jest w związku z tym wysokie. Przykłady obejmują operony biosyntezy histydyny (his) i tryptofanu (trp).
Termin „atenuacja” został wprowadzony w celu opisania operonu his. Chociaż jest on zwykle używany do opisania operonów biosyntezy aminokwasów i innych metabolitów, programowane zakończenie transkrypcji, która nie występuje na końcu genu został po raz pierwszy zidentyfikowany w λ faga. Odkrycie atenuacji było znaczące, ponieważ reprezentowała ona mechanizm regulacyjny odmienny od represji. Operon trp jest regulowany zarówno przez tłumienie, jak i represję, i był pierwszym dowodem na to, że mechanizmy regulacji ekspresji genów mogą się pokrywać lub być redundantne.
PolarnośćEdit
„Polarność” jest mechanizmem ekspresji genów, w którym transkrypcja kończy się przedwcześnie z powodu utraty sprzężenia między transkrypcją a translacją. Transkrypcja wyprzedza tłumaczenie, gdy rybosom pauzuje lub napotyka przedwczesny kodon stop. Pozwala to czynnikowi terminacji transkrypcji Rho na związanie mRNA i przerwanie syntezy mRNA. W konsekwencji geny, które znajdują się niżej w operonie nie są transkrybowane, a więc nie ulegają ekspresji. Biegunowość służy jako kontrola jakości mRNA, pozwalając na przedwczesne zakończenie niewykorzystanych transkryptów, zamiast syntezy i degradacji.
Termin „biegunowość” został wprowadzony w celu opisania obserwacji, że kolejność genów w operonie jest ważna: mutacja nonsensowna w genie upstream wpływa na transkrypcję genów downstream. Ponadto, pozycja mutacji nonsensownej w obrębie genu upstream moduluje „stopień polarności”, z mutacjami nonsensownymi na początku genów upstream wywierających silniejszą polarność (bardziej zredukowaną transkrypcję) na geny downstream.
W przeciwieństwie do mechanizmu tłumienia, który obejmuje samoistną terminację transkrypcji w dobrze zdefiniowanych zaprogramowanych miejscach, polarność jest zależna od Rho, a terminacja zachodzi w zmiennej pozycji.
.