Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Секция генетической последовательности, отмечающая конец гена или оперона в геномной ДНК при транскрипции.
Section of genetic sequence that marks the end of gene or operon on genomic DNA for transcription
В генетике транскрипционный терминатор – это участок нуклеиновой последовательности, который отмечает конец гена или оперона в геномной ДНК во время транскрипции. Эта последовательность опосредует прекращение транскрипции, предоставляя сигналы в новосинтезированной РНК-транскрипте, которые запускают процессы, высвобождающие РНК-транскрипт из транскрипционного комплекса. Эти процессы включают прямое взаимодействие вторичной структуры мРНК с комплексом и/или опосредованную активность рекрутированных факторов терминации. Освобождение транскрипционного комплекса позволяет РНК-полимеразе и связанному с ней аппарату транскрипции начать транскрипцию новых мРНК.
In genetics, a transcription terminator is a section of nucleic acid sequence that marks the end of a gene or operon in genomic DNA during transcription. This sequence mediates transcriptional termination by providing signals in the newly synthesized transcript RNA that trigger processes which release the transcript RNA from the transcriptional complex. These processes include the direct interaction of the mRNA secondary structure with the complex and/or the indirect activities of recruited termination factors. Release of the transcriptional complex frees RNA polymerase and related transcriptional machinery to begin transcription of new mRNAs.
У прокариотов
Было выявлено два класса терминаторов транскрипции – Rho-зависимые и Rho-независимые – в прокариотических геномах. Эти широко распространенные последовательности отвечают за инициирование завершения транскрипции при нормальном окончании транскрипции гена или оперона, опосредование преждевременного прекращения транскриптов как механизма регуляции, например, при транскрипционном аттенюации, а также за обеспечение прекращения работы «неконтролируемых» транскрипционных комплексов, которым случайно удалось избежать более ранних терминаторов, что предотвращает нерациональное расходование энергии клеткой.
Two classes of transcription terminators, Rho dependent and Rho independent, have been identified throughout prokaryotic genomes. These widely distributed sequences are responsible for triggering the end of transcription upon normal completion of gene or operon transcription, mediating early termination of transcripts as a means of regulation such as that observed in transcriptional attenuation, and to ensure the termination of runaway transcriptional complexes that manage to escape earlier terminators by chance, which prevents unnecessary energy expenditure for the cell.
Ро-зависимые терминаторы
Зависимые от Rho терминаторы транскрипции требуют крупного белка, называемого фактором Rho, который обладает РНК-геликазной активностью для разрушения транскрипционного комплекса мРНК-ДНК-РНК-полимеразы. Rho-зависимые терминаторы встречаются у бактерий и фагов. Rho-зависимый терминатор расположен ниже по потоку от стоп-кодонов трансляции и состоит из неструктурированной, богатой цитозином последовательности на мРНК, известной как сайт утилизации Rho (rut), и ниже по потоку точки остановки транскрипции (tsp). Rut служит местом загрузки мРНК и активатором для Rho; активация позволяет Rho эффективно гидролизовать АТФ и перемещаться вдоль мРНК, поддерживая контакт с сайтом rut. Rho способен догнать РНК-полимеразу, поскольку она задерживается в области tsp. Различные последовательности могут функционировать как сайт tsp. Контакт между Rho и комплексом РНК-полимеразы стимулирует диссоциацию транскрипционного комплекса посредством механизма, включающего аллостерическое воздействие Rho на РНК-полимеразу.
Rho dependent transcription terminators require a large protein called a Rho factor which exhibits RNA helicase activity to disrupt the mRNA DNA RNA polymerase transcriptional complex. Rho dependent terminators are found in bacteria and phages. The Rho dependent terminator occurs downstream of translational stop codons and consists of an unstructured, cytosine rich sequence on the mRNA known as a Rho utilization site (rut), and a downstream transcription stop point (tsp). The rut serves as a mRNA loading site and as an activator for Rho; activation enables Rho to efficiently hydrolyze ATP and translocate down the mRNA while it maintains contact with the rut site. Rho is able to catch up with the RNA polymerase because it is being stalled at the downstream tsp sites. Multiple different sequences can function as a tsp site. Contact between Rho and the RNA polymerase complex stimulates dissociation of the transcriptional complex through a mechanism involving allosteric effects of Rho on RNA polymerase.
Терминаторы, не зависящие от Rho
Внутренние терминаторы транскрипции, или Rho-независимые терминаторы, требуют формирования самокомплементарной шпильковой структуры в растущей цепи РНК, что приводит к нарушению тройственного комплекса мРНК-ДНК-РНК полимеразы. Терминаторная последовательность в ДНК содержит GC-богатый участок длиной 20 пар оснований с диадной симметрией, за которым следует короткий поли(А)-тракт или "A stretch", который транскрибируется с образованием терминационной шпильки, и участок, богатый уридином, длиной 7–9 нуклеотидов ("U-тракт"). Механизм терминации, как предполагается, осуществляется благодаря сочетанию прямого стимулирования диссоциации посредством аллостерических эффектов взаимодействия шпильки со РНК-полимеразой и "конкурентной кинетики". Образование шпильки вызывает остановку и дестабилизацию РНК-полимеразы, что повышает вероятность диссоциации комплекса в этом месте из-за увеличения времени, затрачиваемого на паузу, и снижения стабильности комплекса. Кроме того, фактор элонгации NusA взаимодействует с РНК-полимеразой и шпильковой структурой, стимулируя транскрипционную терминацию.
Intrinsic transcription terminators or Rho independent terminators require the formation of a self annealing hairpin structure on the elongating transcript, which results in the disruption of the mRNA DNA RNA polymerase ternary complex. The terminator sequence in DNA contains a 20 basepair GC rich region of dyad symmetry followed by a short poly A tract or "A stretch" which is transcribed to form the terminating hairpin and a 7–9 nucleotide "U tract" respectively. The mechanism of termination is hypothesized to occur through a combination of direct promotion of dissociation through allosteric effects of hairpin binding interactions with the RNA polymerase and "competitive kinetics". The hairpin formation causes RNA polymerase stalling and destabilization, leading to a greater likelihood that dissociation of the complex will occur at that location due to increased time spent paused at that site and reduced stability of the complex. Additionally, the elongation protein factor NusA interacts with the RNA polymerase and the hairpin structure to stimulate transcriptional termination.
У эукариот
В процессе транскрипции мРНК у эукариотов сигналы терминации распознаются белковыми факторами, связанными с РНК-полимеразой II, которые запускают процесс обрыва. Геном кодирует один или несколько сигналов полиадениляции. После того как эти сигналы транскрибируются в мРНК, фактор специфичности расщепления и полиаденоилирования (CPSF) и фактор стимуляции расщепления (CstF) переходят из карбоксильного терминального домена РНК-полимеразы II к поли(А)-сигналу. Эти два фактора затем рекрутируют другие белки к месту расщепления транскрипта, освобождая мРНК от транскрипционного комплекса, и добавляют цепочку из примерно 200 повторов А к 3'-концу мРНК в процессе, известном как полиадениляция. В ходе этих этапов обработки РНК-полимераза продолжает транскрибировать несколько сотен – несколько тысяч оснований, а затем диссоциирует от ДНК и нижележащего транскрипта посредством неясного механизма. Существуют две основные модели этого события – торпедная и аллостерическая.
In eukaryotic transcription of mRNAs, terminator signals are recognized by protein factors that are associated with the RNA polymerase II and which trigger the termination process. The genome encodes one or more polyadenylation signals. Once the signals are transcribed into the mRNA, the proteins cleavage and polyadenylation specificity factor (CPSF) and cleavage stimulation factor (CstF) transfer from the carboxyl terminal domain of RNA polymerase II to the poly A signal. These two factors then recruit other proteins to the site to cleave the transcript, freeing the mRNA from the transcription complex, and add a string of about 200 A repeats to the 3' end of the mRNA in a process known as polyadenylation. During these processing steps, the RNA polymerase continues to transcribe for several hundred to a few thousand bases and eventually dissociates from the DNA and downstream transcript through an unclear mechanism; there are two basic models for this event known as the torpedo and allosteric models.
Модель торпеды
После завершения синтеза мРНК и отщепления в последовательности поли-А сигнала, оставшаяся (остаточная) нить РНК остается связанной с матрицей ДНК и комплексом РНК-полимеразы II, продолжая транскрибироваться. После этого расщепления так называемая экзонуклеаза связывается с остаточной нитью РНК и удаляет свежесинтезированные нуклеотиды по одному (также называемое "деградацией" РНК), двигаясь в направлении связанной РНК-полимеразы II. Эта экзонуклеаза у человека – XRN2 (5'–3' экзорибонуклеаза 2). Согласно этой модели, XRN2 деградирует немодифицированную остаточную РНК с 5' до 3', пока не достигнет комплекса РНК-полимеразы II. Это приводит к тому, что экзонуклеаза "отталкивает" комплекс РНК-полимеразы II, проходя мимо него, что приводит к завершению транскрипции и одновременной очистке остаточной нити РНК. Подобно терминации, зависимой от Rho, XRN2 вызывает диссоциацию РНК-полимеразы II, либо выталкивая полимеразу из матрицы ДНК, либо извлекая матрицу из РНК-полимеразы. Однако механизм этого процесса остается неясным, и существует мнение, что это не единственная причина диссоциации. Для защиты синтезированной мРНК от деградации экзонуклеазой к нити добавляется 5'-кэп. Это модифицированный гуанин, присоединенный к 5'-концу мРНК, который препятствует связыванию и деградации РНК экзонуклеазой. К 3'-концу нити мРНК добавляется поли(А)-хвост для защиты от других экзонуклеаз.
After the mRNA is completed and cleaved off at the poly A signal sequence, the left over (residual) RNA strand remains bound to the DNA template and the RNA polymerase II unit, continuing to be transcribed. After this cleavage, a so called exonuclease binds to the residual RNA strand and removes the freshly transcribed nucleotides one at a time (also called 'degrading' the RNA), moving towards the bound RNA polymerase II. This exonuclease is XRN2 (5' 3' Exoribonuclease 2) in humans. This model proposes that XRN2 proceeds to degrade the uncapped residual RNA from 5' to 3' until it reaches the RNA pol II unit. This causes the exonuclease to 'push off' the RNA pol II unit as it moves past it, terminating the transcription while also cleaning up the residual RNA strand. Similar to Rho dependent termination, XRN2 triggers the dissociation of RNA polymerase II by either pushing the polymerase off of the DNA template or pulling the template out of the RNA polymerase. The mechanism by which this happens remains unclear, however, and has been challenged not to be the sole cause of the dissociation. In order to protect the transcribed mRNA from degradation by the exonuclease, a 5' cap is added to the strand. This is a modified guanine added to the front of mRNA, which prevents the exonuclease from binding and degrading the RNA strand. A 3' poly(A) tail is added to the end of a mRNA strand for protection from other exonucleases as well.
Аллостерная модель
Аллостерическая модель предполагает, что терминация происходит вследствие структурного изменения комплекса РНК-полимеразы после связывания или потери некоторых ассоциированных с ним белков, что приводит к его отсоединению от цепи ДНК после сигнала. Кроме того, Pol II обладает поли(А)-независимыми механизмами терминации, которые необходимы при транскрипции генов snRNA и snoRNA у дрожжей. За это отвечает белок Nrd1 дрожжей.
The allosteric model suggests that termination occurs due to the structural change of the RNA polymerase unit after binding to or losing some of its associated proteins, making it detach from the DNA strand after the signal. Finally, Pol II also have poly(A) independent modes of termination, which is required when it transcribes snRNA and snoRNA genes in yeast. The yeast protein Nrd1 is responsible.