Введение
Белок, необходимый для инициирования транскрипции у прокариотов. Фактор сигма (фактор σ или фактор специфичности) – это белок, необходимый для инициирования транскрипции у бактерий. Это бактериальный фактор инициирования транскрипции, обеспечивающий специфическое связывание РНК-полимеразы (РНКП) с промоторами генов. Он гомологичен археальному фактору транскрипции B и эукариотическому фактору TFIIB. Конкретный сигма-фактор, используемый для инициирования транскрипции данного гена, варьируется в зависимости от гена и сигналов окружающей среды, необходимых для инициирования транскрипции этого гена. Выбор промоторов РНК-полимеразой зависит от сигма-фактора, который с ней ассоциируется. Они также обнаруживаются в хлоропластах растений как часть пластидной полимеразы, кодируемой бактериальным геномом (ПЭП). Фактор сигма вместе с РНК-полимеразой известен как РНК-полимеразный голофермент. Каждая молекула РНК-полимеразного голофермента содержит ровно одну субъединицу сигма-фактора, которая у модельной бактерии Escherichia coli является одной из перечисленных ниже. Количество сигма-факторов варьируется у разных видов бактерий. У кишечной палочки семь сигма-факторов. Сигма-факторы различаются по своим характерным молекулярным массам. Например, σ70 – это сигма-фактор с молекулярной массой 70 кДа. Сигма-фактор в комплексе РНК-полимеразного голофермента необходим для инициирования транскрипции, однако после завершения этой стадии он диссоциирует от комплекса, и РНКП продолжает элонгацию самостоятельно.
A sigma factor (σ factor or specificity factor) is a protein needed for initiation of transcription in bacteria. It is a bacterial transcription initiation factor that enables specific binding of RNA polymerase (RNAP) to gene promoters. It is homologous to archaeal transcription factor B and to eukaryotic factor TFIIB. The specific sigma factor used to initiate transcription of a given gene will vary, depending on the gene and on the environmental signals needed to initiate transcription of that gene. Selection of promoters by RNA polymerase is dependent on the sigma factor that associates with it. They are also found in plant chloroplasts as a part of the bacteria like plastid encoded polymerase (PEP). The sigma factor, together with RNA polymerase, is known as the RNA polymerase holoenzyme. Every molecule of RNA polymerase holoenzyme contains exactly one sigma factor subunit, which in the model bacterium Escherichia coli is one of those listed below. The number of sigma factors varies between bacterial species. E. coli has seven sigma factors. Sigma factors are distinguished by their characteristic molecular weights. For example, σ70 is the sigma factor with a molecular weight of 70 kDa. The sigma factor in the RNA polymerase holoenzyme complex is required for the initiation of transcription, although once that stage is finished, it is dissociated from the complex and the RNAP continues elongation on its own.
Сохранение во время удлинения транскрипции
Ядро РНК-полимеразы (состоящее из 2 альфа (α), 1 бета (β), 1 бета-штрих (β') и 1 омега (ω) субъединиц) связывает сигма-фактор, образуя комплекс, называемый РНК-полимеразой голоферментом. Ранее считалось, что РНК-полимераза голофермент инициирует транскрипцию, а ядро РНК-полимеразы само по себе синтезирует РНК. Таким образом, общепринятой точкой зрения было то, что сигма-фактор должен диссоциировать при переходе от инициации транскрипции к элонгации (этот переход называется "уход с промотора"). Эта точка зрения основывалась на анализе очищенных комплексов РНК-полимеразы, остановленных на стадиях инициации и элонгации. Наконец, структурные модели комплексов РНК-полимеразы предсказывали, что по мере удлинения растущего продукта РНК до длины более ~15 нуклеотидов сигма должна быть "вытеснена" из голофермента из-за стерического конфликта между РНК и доменом сигма. Однако σ70 может оставаться связанным с ядром РНК-полимеразы на ранних стадиях элонгации и иногда на протяжении всей элонгации. Действительно, феномен проксимальной паузы на промоторе указывает на то, что сигма играет роль на ранних стадиях элонгации. Все исследования согласуются с предположением, что уход с промотора сокращает время жизни сигма-ядерного взаимодействия с очень длительного на стадии инициации (слишком длительного для измерения в типичном биохимическом эксперименте) до более короткого, измеримого времени жизни при переходе к элонгации.
Цикл Сигмы
Долгое время считалось, что сигма-фактор обязательно покидает основной фермент после инициирования транскрипции, чтобы связаться с другим основным ферментом и инициировать транскрипцию в другом месте. Таким образом, сигма-фактор должен был циклически переходить от одного ядра к другому. Однако, с помощью флуоресцентного резонансного переноса энергии было показано, что сигма-фактор не обязательно покидает основной фермент. Между тем, инициирование транскрипции включает два основных лимитирующих скорость этапа: формирование закрытого и открытого комплексов. При этом, динамика только первого этапа зависит от концентрации сигма-факторов. Интересно, что чем быстрее формируется закрытый комплекс по сравнению с открытым, тем менее чувствителен промотор к изменениям концентрации сигма-факторов (см. рисунок). Это означает, что они могут реагировать на два различных сигма-фактора, как сообщается в RegulonDB. Наиболее распространены промоторы, способные реагировать как на сигму 70, так и на сигму 38 (проиллюстрировано на рисунке). Исследования динамики этих генов показали, что при переходе клеток в стационарную фазу роста они индуцируются почти так же сильно, как гены, имеющие предпочтение только к σ38. Этот уровень индукции оказался предсказуемым по последовательности промотора. Модель их динамики представлена на рисунке. В будущем эти промоторы могут стать полезными инструментами при создании синтетических генетических конструкций в E. coli.