Translation främjar transkriptionens förlängning och reglerar transkriptionens avslutande. Den funktionella kopplingen mellan transkription och translation orsakas av direkta fysiska interaktioner mellan ribosomen och RNA-polymeraset (”expressomkomplexet”), ribosomberoende förändringar av den sekundära strukturen hos det nasala mRNA:t som påverkar RNA-polymerasets aktivitet (t.ex. ”dämpning”), och ribosomberoende förändringar av nascent mRNA:s tillgänglighet till transkriptionstermineringsfaktorn Rho (”polaritet”).
ExpressomkomplexEdit
Expressomen är ett supramolekylärt komplex som består av RNA-polymeras och en efterföljande ribosom som är sammanlänkade av ett gemensamt mRNA-transkript. Det stöds av transkriptionsfaktorerna NusG och NusA, som interagerar med både RNA-polymeras och ribosomen för att koppla ihop komplexen. När den kopplas ihop med transkriptionsfaktorn NusG binder ribosomen det nysyntetiserade mRNA:t och förhindrar bildandet av sekundära strukturer som hämmar transkriptionen. Bildandet av ett expressomkomplex underlättar också transkriptionens förlängning genom att den efterföljande ribosomen motsätter sig RNA-polymerasets backtracking. Tredimensionella modeller av ribosom-RNA-polymeras-expressomkomplex har bestämts genom kryoelektronmikroskopi.
Ribosommedierad dämpningRedigera
Ribosommedierad dämpning är en genuttrycksmekanism där en transkriptionell termineringssignal regleras av translation. Dämpningen sker i början av vissa prokaryotiska operoner vid sekvenser som kallas ”attenuatorer”, vilka har identifierats i operoner som kodar för aminosyrabiosyntesenzymer, pyrimidinbiosyntesenzymer och antibiotikaresistensfaktorer. Attenuatorn fungerar via en uppsättning mRNA-sekvenselement som samordnar översättningsstatusen med en transkriptionstermineringssignal:
- En kort öppen läsram som kodar för en ”leaderpeptid”
- En sekvens för transkriptionspaus
- En ”kontrollregion”
- En transkriptionstermineringssignal
När starten av den öppna läsramen för leaderpeptiden har transkriberats, gör RNA-polymeraset en paus på grund av veckningen av det framväxande mRNA:et. Detta programmerade stopp av transkriptionen ger tid för översättning av ledarpeptiden att påbörjas, och transkriptionen återupptas när den är kopplad till översättningen. Den nedströms liggande ”kontrollregionen” modulerar sedan förlängningshastigheten hos antingen ribosomen eller RNA-polymeraset. Den faktor som bestämmer detta beror på funktionen hos de nedströms liggande generna (t.ex. operonet som kodar för enzymer som är involverade i syntesen av histidin innehåller en serie histidin-kodoner som är kontrollregionen). Kontrollregionens roll är att modulera om transkriptionen förblir kopplad till translation beroende på celltillståndet (t.ex. en låg tillgänglighet av histidin bromsar translationen vilket leder till frikoppling, medan en hög tillgänglighet av histidin möjliggör effektiv translation och bibehåller kopplingen). Slutligen transkriberas transkriptionsterminatorsekvensen. Huruvida transkriptionen är kopplad till translation avgör om detta stoppar transkriptionen. Terminatorn kräver veckning av mRNA, och genom att avveckla mRNA-strukturer väljer ribosomen bildandet av en av två alternativa strukturer: terminatorn eller en konkurrerande veckning som kallas ”antiterminator”.
För aminosyrabiosyntesoperonerna gör dessa det möjligt för genuttrycksmaskineriet att känna av förekomsten av den aminosyra som produceras av de kodade enzymerna och justera nivån på genuttrycket i nedströmsledet i enlighet med detta: transkription sker endast om förekomsten av aminosyran är låg och efterfrågan på enzymerna därför är hög. Som exempel kan nämnas de biosyntetiska operonerna för histidin (his) och tryptofan (trp).
Uttrycket ”dämpning” infördes för att beskriva his-operonet. Även om det vanligtvis används för att beskriva biosyntesoperonerna för aminosyror och andra metaboliter, identifierades programmerad transkriptionsterminering som inte sker i slutet av en gen för första gången i λ-fag. Upptäckten av dämpning var viktig eftersom den representerade en regleringsmekanism som skiljer sig från repression. Trp-operonet regleras av både dämpning och repression och var det första beviset på att mekanismer för reglering av genuttryck kan vara överlappande eller redundanta.
PolarityEdit
”Polarity” är en genuttrycksmekanism där transkriptionen avslutas i förtid på grund av en förlorad koppling mellan transkription och translation. Transkriptionen är snabbare än översättningen när ribosomen pausar eller stöter på en för tidig stoppkodon. Detta gör det möjligt för transkriptionstermineringsfaktorn Rho att binda till mRNA och avsluta mRNA-syntesen. Följaktligen transkriberas inte gener som ligger nedströms i operonet och uttrycks därför inte. Polaritet fungerar som kvalitetskontroll av mRNA, vilket gör att oanvända transkript avslutas i förtid i stället för att syntetiseras och brytas ned.
Uttrycket ”polaritet” introducerades för att beskriva observationen att genernas ordning inom ett operon är viktig: en nonsens-mutation i en gen uppströms påverkar transkriptionen av generna nedströms. Dessutom modulerar positionen för nonsense-mutationen inom genen uppströms ”graden av polaritet”, där nonsense-mutationer i början av generna uppströms utövar starkare polaritet (mer reducerad transkription) på gener nedströms.
I motsats till dämpningsmekanismen, som innefattar intrinsikalt avslut av transkriptionen vid väldefinierade programmerade platser, är polaritet Rho-beroende och avslutningen sker vid varierande position.