Neúspěšné zahájení - Abortive initiation

Neúspěšná jízda na kole T7 RNA polymeráza

Neúspěšné zahájení, také známý jako neúspěšný přepis, je raný proces genetická transkripce ve kterém RNA polymeráza váže se na Promotor DNA a vstupuje do cyklů syntézy krátkých mRNA transkripty, které se uvolní před tím, než transkripční komplex opustí promotor. K tomuto procesu dochází v obou eukaryoty a prokaryoty. Neúspěšná iniciace je obvykle studována na T3 a T7 RNA polymerázy v bakteriofágy a v E-coli.

Celkový proces

K neúspěšné iniciaci dochází před povolení promotorů.[1]

  1. RNA polymeráza se váže na promotorovou DNA za vzniku promotoru RNA polymerázy Zavřeno komplex
  2. RNA polymeráza pak odvíjí jednu otáčku DNA obklopující počáteční místo transkripce, čímž se získá promotor RNA polymerázy otevřeno komplex
  3. RNA polymeráza vstupuje do neúspěšných cyklů syntézy a uvolňuje krátké produkty RNA (2-15 nukleotidy v délce[2])
  4. RNA polymeráza uniká promotoru a vstupuje do elongačního kroku transkripce

Mechanismus

Neúspěšná iniciace je normální proces transkripce a probíhá obojí in vitro a in vivo.[2] Po každém nukleotid - krok přidání v počáteční transkripci, RNA polymeráza může stochasticky pokračovat na cestě k úniku promotoru (produktivní iniciace) nebo může uvolnit produkt RNA a vrátit se k otevřenému komplexu RNA polymeráza-promotor (neúspěšná iniciace). Během této rané fáze transkripce vstupuje RNA polymeráza do fáze, během níž disociace transkripčního komplexu energeticky soutěží s procesem prodloužení. Abortivní cyklování není způsobeno silnou vazbou mezi iniciačním komplexem a promotorem.[3]

DNA scrunching

Mechanismus skrývání DNA. Během počáteční transkripce zůstává RNA polymeráza (RNAP) na promotoru stacionární a odvíjí se a navíjí se v DNA po proudu.

Po mnoho let zůstával mechanismus, kterým se RNA polymeráza pohybuje po řetězci DNA během neúspěšného zahájení, nepolapitelný. Bylo pozorováno, že RNA polymeráza neunikla z promotoru během iniciace transkripce, takže nebylo známo, jak by mohl enzym číst řetězec DNA, aby jej přepsal bez pohybu po proudu. Během posledního desetiletí studie ukázaly, že zahrnuje i neúspěšné zahájení DNA scrunching, ve kterém RNA polymeráza zůstává stacionární, zatímco se odvíjí a táhne downstream DNA do transkripčního komplexu, aby prošla nukleotidy aktivním místem polymerázy, čímž přepíše DNA bez pohybu. To způsobí, že se odvinutá DNA hromadí v enzymu, proto název DNA „scrunching“. Při neúspěšném zahájení RNA polymeráza převinuje a vysune spodní část odvinuté DNA, uvolní RNA a vrátí se k otevřenému komplexu promotor RNA polymeráza; na rozdíl od toho v produktivní iniciaci RNA polymeráza převíjí a vysune upstream část odvinuté DNA, rozbíjí interakce RNA polymeráza-promotor, uniká promotoru a vytváří komplex prodlužování transkripce.[1][4]

Dokument z roku 2006, který prokázal zapojení scrunchu DNA do počáteční transkripce, navrhl myšlenku, že stres vznikající během scrunchu DNA poskytuje hybnou sílu jak pro neúspěšné zahájení, tak pro produktivní zahájení.[4] Doprovodný dokument publikovaný ve stejném roce potvrdil, že detekovatelný scrunch DNA se vyskytuje u 80% transkripčních cyklů a ve skutečnosti se odhaduje na 100%, vzhledem k omezení schopnosti detekovat rychlé scrunching (20% scrunchů má dobu kratší než 1 sekunda).[1]

Papír z roku 2016 ukázal, že ke skríningu DNA dochází také před syntézou RNA během výběru místa zahájení transkripce.[5]

Funkce

Pro výsledné zkrácené transkripty RNA nejsou široce přijímané funkce. Studie z roku 1981 však našla důkazy, že existuje vztah mezi množstvím produkovaných neúspěšných transkriptů a dobou, než budou úspěšně vytvořeny dlouhé řetězce RNA. Když RNA polymeráza podstoupí abortní transkripci v přítomnosti ATP, UTP a GTP, vytvoří se komplex, který má mnohem nižší kapacitu pro abortivní recyklaci a mnohem vyšší rychlost syntézy transkriptu plné délky.[6] Studie z roku 2010 našla důkazy podporující, že tyto zkrácené transkripty inhibují ukončení syntézy RNA a RNA vlásenka -závislý vnitřní terminátor.[7]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Revyakin A, Liu C, Ebright RH, Strick TR (2006). „Neúspěšná iniciace a produktivní iniciace pomocí RNA polymerázy zahrnují škrábání DNA“. Věda. 314 (5802): 1139–43. Bibcode:2006Sci ... 314.1139R. doi:10.1126 / science.1131398. PMC  2754787. PMID  17110577.
  2. ^ A b Goldman S, Ebright RH, Nickels B (2009). "Přímá detekce neúspěšných transkriptů RNA in vivo". Věda. 324 (5929): 927–928. Bibcode:2009Sci ... 324..927G. doi:10.1126 / science.1169237. PMC  2718712. PMID  19443781.
  3. ^ Martin CT, Muller DK, Coleman JE (1988). "Procesivita v raných fázích transkripce T7 RNA polymerázou". Biochemie. 27 (11): 3966–74. doi:10.1021 / bi00411a012. PMID  3415967.
  4. ^ A b Kapanidis AN, Margeat E, Ho SO, Kortkhonjia E, Weiss S, Ebright RH (2006). „Počáteční transkripce RNA polymerázou probíhá skrz mechanismus skrývání DNA“. Věda. 314 (5802): 1144–7. Bibcode:2006Sci ... 314.1144K. doi:10.1126 / science.1131399. PMC  2754788. PMID  17110578.
  5. ^ Winkelman JT, Vvedenskaya IO, Zhang Y, Zhang Y, Bird JG, Taylor DM, Gourse RL, Ebright RH, Nickels BE (2016). „Multiplexované zesíťování protein-DNA: Škrcování při výběru místa zahájení transkripce“. Věda. 351 (6277): 1090–3. Bibcode:2016Sci ... 351.1090W. doi:10.1126 / science.aad6881. PMC  4797950. PMID  26941320.
  6. ^ Munson LM, Reznikoff WS (1981). "Neúspěšná iniciace a dlouhá syntéza ribonukleové kyseliny". Biochemie. 20 (8): 2081–5. doi:10.1021 / bi00511a003. PMID  6165380.
  7. ^ Lee S, Nguyen HM, Kang C (2010). „Drobné neúspěšné iniciační transkripty vyvíjejí antiterminační aktivitu na vnitřním terminátoru závislém na vlásence RNA“. Nucleic Acids Res. 38 (18): 6045–53. doi:10.1093 / nar / gkq450. PMC  2952870. PMID  20507918.