Терминация транскрипции у прокариот 109

В месте синтеза участок ДНК расспирализован, связи между полинуклеотидными цепями ДНК разорваны для того, чтобы РНК-полимераза могла «считать» информацию с антисмысловой цепи ДНК. Растущая РНК и участок ДНК формируют гибрид РНК-ДНК.

Элонгация транскрипции происходит непрерывно: РНК-полимераза не отщепляется от матричной цепи ДНК. Скорость транскрипции у кишечной палочки E. coli составляет 20–50 нуклеотидов в секунду при 37°С. Частота ошибок — 1 ошибка на каждые ~104 нуклеотидов.

Как только РНК-полимераза покинула промотор, другая молекула РНК-поли- меразы может присоединиться к промотору и инициировать синтез РНК. Некоторые гены (например, гены рРНК) транскрибируются с высокой частотой: инициация синтеза РНК на них может происходить 1 раз в секунду (см. Рис. 75 ▼).

Рис. 75. Электронная микрофотография процесса транскрипции.

5.7 Терминация транскрипции у прокариот

Терминация — это заключительная стадия транскрипции, на которой происходит остановка синтеза и отщепление цепочки РНК, а также всего транскрипционного аппарата. Терминация происходит по двум механизмам в специальных сайтах.

Согласно первому механизму, на конце синтезируемого транскрипта РНК образуется шпилька, нарушающая связи между цепями ДНК и РНК (см. Рис. 76 ▼). Фрагмент цепи, на котором происходит остановка синтеза, называют терминатором. Он имеет два структурных элемента:

1.Участок, богатый парами G • C и формирующий шпильку.

2.Участок из 4–10 пар A • T (аденин на некодирующей цепи ДНК, с которой идёт считывание). Транскрипция терминируется на или сразу после этой последовательности.

Рис. 76. Образование терминирующей шпильки (первый механизм терминации).

Этапы терминации по первому механизму:

1.РНК-полимераза синтезирует два комплементарных участка из пар G • C. Они образуют шпильку.

2.РНК-полимераза останавливается на участке пар A • T и меняет конформацию. В результате гибрид РНК-ДНК диссоциирует: синтезированная

цепь РНК отщепляется и вслед за ней от ДНК отщепляется РНК-полиме- раза.

Второй механизм терминации требует участия ρ-фактора («ро»-фактора), белка, способного разрывать связи между новой цепью РНК и цепью ДНК (т.е. обладающего хеликазной активностью). Модель ρ -зависимой терминации:

1.ρ-Фактор связывается с растущей цепью РНК в особом участке узнавания и движется в направлении 5’→ 3’, пока не встретит РНК-полимеразу, остановившуюся на участке терминации — последовательность из 80100 нуклеотидов, богатых цитозином.

2.ρ-Фактор «толкает» РНК-полимеразу вперёд и сворачивает диссоциированные цепи ДНК в транскрипционном пузырьке в двойную спираль, одновременно с этим разрывая гибрид РНК-ДНК. РНК отщепляется, а вслед за ней — и РНК-полимераза.

5.8Инициация транскрипции у эукариот

Эукариоты имеют три ядерные РНК-полимеразы, синтезирующие разные типы РНК. Каждая полимераза узнаёт только строго определённые промоторы. Промоторы у эукариот разнообразны: они отличаются по своему расположению относительно сайта инициации транскрипции и могут состоять из разных последовательностей нуклеотидов.

Кпримеру, промоторы генов, кодирующих мРНК, содержат:

1.TATA-бокс: последовательность, богатая A·T парами и расположенная за 25–31 нуклеотид до сайта инициации транскрипции (–25 –31). TATAбокс напоминает –10 область прокариотического промотора (бокс Прибнова). Примерно у 2/3 генов TATA-бокс отсутствует.

2.Inr-элемент: короткая последовательность из 7 нуклеотидов, содержащая инициирующий нуклеотид (+1).

Элонгация транскрипции у эукариот 111

3.CAAT-бокс: последовательность, расположенная между –70 и –90 нуклеотидами.

Такие промоторы узнаются РНК-полимеразой II. Промоторы других генов имеют иное строение.

Энхансеры и сайленсеры — это участки цепи ДНК, представляющие собой сайты связывания регуляторных белков, функционирующих как активаторы или ингибиторы транскрипции, соответственно. Энхансеры узнаются специфическими транскрипционными факторами, помогающими РНК-полимеразе связаться с определённым промотором.

Рассмотрим инициацию транскрипции на примере РНК-полимеразы II. Транскрипция генов эукариот, считываемых РНК-полимеразой II, начинается со связыва-

ния TATA-связывающего белка (англ. TATA-binding protein, TBP) с TATA-боксом.

Затем к TBP присоединяются другие субъединицы и образуется фактор TFIID. После этого к комплексу промотора и TFIID присоединяются другие основные транскрип-

ционные факторы (GTF, general transcription factors): TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF,

TFIIH. Далее фактор TFIIF связывает РНК-полимеразу II (это похоже на связывание σ-субъединицы с РНК-полимеразой у прокариот). Фактор TFIIH разматывает двойную спираль, поскольку обладает хеликазной активностью. Формируется открытый комплекс. Происходит инициация синтеза РНК. Образуется короткая цепочка рибонуклеотидов.

Стоит отметить, что не все промоторы содержат TATA-бокс. В таких случаях Inr-элемента бывает достаточно, чтобы корректно ориентировать РНК-полимеразу на цепи ДНК. При этом присоединение TATA-связывающего белка происходит в области –30, хотя TATA-бокс там отсутствует.

5.9Элонгация транскрипции у эукариот

Входе инициации РНК-полимераза II начала синтез РНК на матрице ДНК и успешно образовала короткую цепочку рибонуклеотидов. Теперь транскрипционный аппарат переходит в элонгационную форму: происходит перемещение фактора TFIIB относительно комплекса, чтобы он не мешал выходу растущей цепи РНК, и фосфорилирование C-терминального домена РНК-полимеразы. На этой стадии происходит синтез цепи РНК.

Фосфорилированная РНК-полимераза, покидая промотор, «оставляет» позади несколько транскрипционных факторов, среди которых — TFIID. Последний может связывать другую молекулу РНК-полимеразы II и снова способствовать инициации синтеза РНК.

Входе элонгации к фосфорилированному С-терминальному домену РНК-по- лимеразы присоединяется комплекс из 6 белков, который называется элонгатором. Его связывание с полимеразой необязательно, однако ускоряет процесс синтеза цепи РНК. Это было доказано экспериментами in vitro.

Вэлонгации также участвуют факторы TFIIS, называемые факторами, блоки-

рующими диссоциацию полимеразы (arrest release factors).