Термінація транскрипції

Як уже йшлося, швидкість пересування РНК-полімерази під час елонгації визначається висотою максимумів вільної енергії (див. рис. 10). Якщо ці максимуми (по обидва боки від мінімуму, що відповідає позиції і + 1 на рис. 10) за певних причин виявляться досить високими, полімераза опиниться в енергетичній пасці й зупиниться на досить довгий час.

Рис. 5.12. Типовий сигнал термінації.

Саме це й відбувається під час термінації транскрипції на певних елементах послідовності. Прокаріотичний сигнал термінації являє собою інвертований повтор (паліндром – послідовність ДНК, що читається однаково в обох ланцюгах у напрямках 5′ та 3′), безпосередньо фланкований polyТ послідовністю (близько 7 нуклеотидів). Відповідно, у матричному ланцюзі розташована polyА послідовність, а у складі транскрипту – polyU. Інвертований повтор у складі транскрипту утворює дволанцюгову шпильку (рис. 12), а ДНК-РНК гібрид за шпилькою складається з порівняно менш стабільних АU пар.

Загальний сценарій термінації виглядає наступним чином. Порівняно нестабільний гібрид ускладнює елонгацію транскрипції, а шпилька – зворотний рух полімерази. Під час зупинки полімерази (приблизнона 60 с) здійснюються зумовлені взаємодіями зі шпилькою структурні перебудови полімерази, руйнування гібрида, відновлення подвійної спіралі ДНК і визволення транскрипту.

Рис. 13. ρ-Залежна термінація.

У кількох бактеріальних оперонах термінація залежить від так званого фактора ρ. Цей фактор (моногексамер) зв’язується з РНК-транскриптом у певних С-збагачених ділянках. Після цього починається АТР-залежне пересування ρ-фактора вздовж транскрипту в напрямку5′ → 3′ зі швидкістю, яка є нижчою за швидкість руху полімерази. Сигнал термінації в цьому випадку, як правило, нічим не відрізняється від описаних вище термінаторів і зумовлює зупинку полімерази. У результаті ρ-фактор дожинає полімеразу і, продовжуючи рух уздовж РНК, руйнує гібридну подвійну спіраль (працює як геліказа (helicase) – так називаються ферменти, що АТР-залежно руйнують подвійні спіралі нуклеїнових кислот). Результатом є колапс транскрипційного міхура (відновлення подвійної спіралі ДНК) і визволення транскрипту.

Регуляція транскрипції

Зрозуміло, що гени та оперони не транскрибуються постійно, а вмикаються / вимикаються в певні моменти залежно від зовнішніх умов, стадій клітинного циклу тощо. Головними елементами, взаємодія між якими приводить до активації чи репресії транскрипції, є так звані цис- і транс-елементи. Цис-елементи – це регуляторні елементи послідовності ДНК, які фізично зв’язані з даним геном чи опероном; у прокаріотів часто називаються операторами і розташовані в безпосередній близькості до промоторів. Транс-елементи – білкові фактори транскрипції, що вільно дифундують (транспортуються) у просторі клітини, шукаючи свій цис-елемент,з яким вони мають специфічну спорідненість. Якщо зв’язування транс-елемента з оператором приводить до активації транскрипції (часто за рахунок прямих білок-білкових взаємодій транскрипційного фактора з РНК-полімеразою, які підвищують її спорідненість до промотора), кажуть, що фактор є активатором і здійснює позитивну регуляцію. Якщо фактор блокує зв’язування РНК-полімерази (часто за рахунок зниження доступності промотора), його називають репресором і кажуть про негативну регуляцію.

Ці загальні принципи регуляції, які, ускладнюючись, зберігаються також в еукаріотів, реалізуються на стадії ініціації. Крім того, для регуляції використовуються інші моменти процесу транскрипції. Найтиповіші механізми регуляції в прокаріотичних системах проілюстровано нижче на конкретних прикладах.