Кіріспе

Прокариоттарда транскрипцияны бастау үшін қажетті ақуыз – сигма факторы (σ факторы немесе спецификалық фактор). Бұл бактерияларда транскрипцияны бастау үшін қажетті ақуыз, РНК полимеразаның (РНКП) ген промоторларына ерекше байланысуын қамтамасыз ететін бактериялық транскрипцияны бастау факторы. Ол археялық транскрипция факторы B және эукариоттық фактор TFIIB-ге гомологты. Белгілі бір геннің транскрипциясын бастау үшін қолданылатын нақты сигма факторы генге және сол геннің транскрипциясын бастау үшін қажетті сыртқы сигналдарға байланысты өзгереді. РНК полимеразаның промоторларды таңдауы онымен байланысқан сигма факторына тәуелді. Олар өсімдік хлоропластарында да бактерия сияқты пластидті кодтаған полимераза (ПЭП) құрамында кездеседі. Сигма факторы РНК полимеразамен бірге РНК полимераза голоферменті деп аталады. РНК полимераза голоферментінің әрбір молекуласында дәл бір сигма фактор суббірлігі болады, мысалы, модельдік бактерия Escherichia coli-де төменде тізілгендей. Сигма факторларының саны бактерия түрлеріне қарай өзгереді. E. coli-де жеті сигма факторы бар. Сигма факторлары ерекше молекулалық салмақтарымен ажыратылады. Мысалы, σ70 – молекулалық салмағы 70 кДа болатын сигма факторы. РНК полимераза голофермент кешеніндегі сигма факторы транскрипцияны бастау үшін қажет, бірақ бұл кезең аяқталғаннан кейін ол кешеннен ажырап, РНКП өздігінен ұзартуын жалғастырады.

Транскрипция ұзартуы кезінде сақталу

Ядролық РНК полимераза (2 альфа (α), 1 бета (β), 1 бета-промие (β') және 1 омега (ω) кішібірліктерінен тұрады) сигма факторымен байланысып, РНК полимераза голоферменті деп аталатын кешенді құрайды. Бұрын РНК полимераза голоферменті транскрипцияны бастайды, ал ядролық РНК полимераза ғана РНК-ны синтездейді деп есептелген. Осылайша, қабылданған көзқарас бойынша, сигма факторы транскрипцияның басталуынан транскрипцияның ұзаруына өту кезінде ажыратылуы тиіс (бұл өту "промотордан шығу" деп аталады). Бұл көзқарас транскрипцияның басталуында және ұзаруында тоқтатылған РНК полимеразаның тазартылған кешендерін талдау нәтижесінде қалыптасқан. Соңында, РНК полимераза кешендерінің құрылымдық модельдері РНК өнімі шамамен 15 нуклеотидтен артық болғанда сигманың голоферменттен "ығыстырылуы" керек екенін болжады, себебі РНК мен сигма домені арасында кеңістіктік кедергі пайда болады. Алайда, σ70 ядролық РНК полимеразамен кешенде ерте ұзару кезінде және кейде ұзару барысында да қалуы мүмкін. Шындығында, промоторға жақын тоқтау құбылысы сигманың ерте ұзару кезінде белгілі бір рөл атқаратынын көрсетеді. Барлық зерттеулер промотордан шығу сигма-ядролық өзара әрекеттесудің ұзақтығын басталу кезінде өте ұзақтан (әдеттегі биохимиялық тәжірибеде өлшеуге тым ұзақ) ұзаруға өту кезінде қысқа, өлшенетін ұзақтыққа дейін қысқартады деген тұжырыммен сәйкес келеді.

Сигма циклы

Көптен бері сигма факторы транскрипцияны бастағаннан кейін міндетті түрде негізгі ферменттен шығып кетеді деп есептелді, бұл оған басқа негізгі ферментке байланысып, басқа жерде транскрипцияны бастауға мүмкіндік береді. Осылайша, сигма факторы бір ядродан екіншісіне ауысып отырады деп ойылды. Дегенмен, флуоресценттік резонанстық энергия алмасу арқылы сигма факторының міндетті түрде ядроден шықпайтыны көрсетілді. Сонымен қатар, транскрипцияның басталуында екі маңызды шектеуші қадам бар: жабық және ашық кешендердің қалыптасуы. Бірақ, сигма факторларының концентрациясына тек бірінші қадамның динамикасы ғана тәуелді. Қызығы, жабық кешеннің қалыптасуы ашық кешеннің қалыптасуынан гөрі жылдамырақ болса, промотор сигма факторлары концентрациясының өзгеруіне соншалықты сезімтал болмайды (яғни, олар екі түрлі сигма факторына да жауап бере алады, бұл RegulonDB-де хабарланғандай). Ең көп кездесетін промоторлар – сигма 70 және сигма 38 факторларына жауап беретін промоторлар (суретте көрсетілген). Бұл гендердің динамикасын зерттеу көрсеткендей, жасушалар тұрақты өсім фазасына енген кезде, олардың индукция деңгейі тек сигма 38-ге қалау көрсеткен гендерге шамалас болады. Бұл индукция деңгейі промотор тізбегінен болжауға болатындығы дәлелденді. Олардың динамикасының моделі суретте көрсетілген. Болашақта бұл промоторлар E. coli бактериясында синтетикалық генетикалық конструкцияларда пайдалы құралдарға айналуы мүмкін.