2022/09/29 / 公司活动及新闻
转录的多种终止机制
转录的多种终止机制
2022/09/29
在一定程度上,转录将停止,复合解体,新生RNA释放称为转录终止(termination)。终止通常需要一个标志,即终止子(terminator),DNA作为转录终止信号的顺式元件(cis-actingelement)。
元件(element)指DNA具有特定功能的序列。相对而言,有效的蛋白质被称为“因子”(factor)。顺式(cis)与反式(trans)拉丁前缀,是的“在同一侧”和“在另一侧”这两个词在顺反异构中更容易理解,分子生物的用法与早期研究有关。
在早期的分子遗传学研究中,通常需要判断某种基因的调节作用来自DNA分子本身仍然来自另一个分子。前者称为顺式功能,如增强子对启动子的作用;后者称为反式功能,如蛋白质因子对启动子的作用。顺反子的概念也是如此。
原核生物有两种终止方式:依赖ρ因素的终止和不依赖ρ因子的终止子。ρ因子(Rho)它是一种高度保守的终止因素,有绝大多数的原核生物。除终止转录外,Rho还有抑制反义转录的影响tRNA和小调整RNA沉默外源的产生DNA等多种功能。
两种类型的终止子都有回文结构。简单终止子有两个对称的内容GC下游还有一个包含A的序列。ρ不需要因子的终止子GC序列和寡聚A序列。
简单终止子转录出RNA后两段含有GC茎环结构茎环结构,破坏RNA和模板DNA杂合双链结构。此时下游恰好结合性较弱AU是的,进一步导致转录延伸复合物不稳定,导致聚合酶离解和转录终止。
转录内部终止模型。Biomolecules.2015Jun;5(2):1063–1078.
这种终止也称为内部终止(intrinsictermination)。内部终止大肠杆菌中的大部分基因,Rho依赖终止约占20-30%。
大肠杆菌的Rho因子是环形六聚体,每个亚基47KD。亚基N端为RNA结合域共同形成初始结合点(pri**rybindingsite,PBS)。具有亚基C端ATP酶活性,可水解ATP促进构象变化。
Rho因素首先通过PBS识别并结合RNA特定序列(称为Rhoutilizationsite,rut位点),然后打开六聚体环,RNA列入环中。RNA与另一侧的第二个结合点(SBS)结合后,环再次关闭并激活ATP酶活性,消耗ATP移动到3的方向称为易位(translocation)。
Rho依赖转录终止过程。TrendsBiochemSci.2016Aug;41(8):690-699.
易位的结果是Rho逐渐接近新生RNA3-尾端,然后与RNAP相互作用,打开转录终止。终止的具体机制尚不清楚,有不同的假设,如切割杂合双链,RNAP的变构等。
Rho依赖的转录终止过程有更丰富的调控方法,包括Rho核糖体和蛋白质因子对终止过程的影响等。例如,当rut当位点被核糖体或蛋白质因子占据或产生二级结构时,不能起到终止作用,导致下游序列被转录,即转录通读(transcriptionalreadthrough)。
Rho依赖转录终止和基因表达调节。TrendsBiochemSci.2016Aug;41(8):690-699.
在一些细菌mRNA5'-前导区(leaderregion)里有Rho通过控制依赖的终止子rut位点或RNAP暂停等方式决定下游基因主体是否可以转录。
真核生物的RNAP有三种终止方式。PolI终止需要转录终止因素TTF-1与rRNA聚合酶暂停是由基因下游终止子结合引起的。PTRF(PolI以及转录物释放因子)介导转录复合物的离解。
RNAPI终止机制。GenesDev.2009Jun1;23(11):1247–1269.
PolIII转录的基因很小,所以终止相对简单。模板链中有一段oligo(dA)(多聚A),转录多聚U后,两者的结合较弱,使复合物不稳定。特别是它的非模板链oligo(dT)还将参与终止过程,促进聚合酶暂停和转录本释放。
PolII终止研究最多,主要以加尾信号为转录终止信号。mRNA聚腺苷酸化信号5-AAUAAA-3'后,一系列蛋白质因子将被筹集起来切割mRNA并添加polyA尾巴,然后释放RNAP,转录终止。在这个过程中RNAP大约500-2000个核苷酸仍然可以继续生成。
RNAPII目前主要有两种模型:鱼雷模型(torpedomodel)和变构模型(allostericmodel)。前者觉得,mRNA5'-3'核酸外切酶被切割后(Rat1/Xrn2)转录复合物中剩余的会降解RNA链条,逐渐接近RNAPII。复合物解体将打开,导致转录终止。
变构模型认为延伸复合物(EC)通过polyA位点(PAS)会导致延伸因子的离解或终止因子的融合,导致复合构象的变化,导致转录终止。这两个模型并不完全相互排斥,一些模型将两者结合起来。另一些模型认为终止需要PAS,但不一定需要mRNA的切割(MolCell.2015Aug6;59(3):437-48.)。
一种不需要mRNA切割的RNAPII终止模型。MolCell.2015Aug6;59(3):437-48.
上述RNAPII终止方法称为polyA依赖的终止是主要的终止机制。此外,还发现了另一种终止机制,称为NNS(Nrd1-Nab3-Sen1)依赖终止。Sen起着类似原核的作用Rho因素的作用。
NNS终止依赖。WileyInterdiscipRevRNA.2019Jul-Aug;10(4):e1529.
该机制主要用于非编码RNA转录的初始终止可以抑制非编码RNA的过多转录(pervasivetranscription),防止它影响编码基因的表达。