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.

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.