Абортивная инициация

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Абортивный цикл РНК полимеразы T7

Абортивная инициация, также известная как абортивная транскрипция, ранний процесс генетической транскрипции, в котором РНК-полимераза связывается с промотором ДНК и входит в циклы синтеза коротких транскриптов мРНК, которые выделяются прежде, чем транскрипционный комплекс покинет промотор. Этот процесс происходит как у эукариот, так и у прокариот. Абортивная инициация, как правило, изучается в РНК-полимеразах Т3 и Т7 в бактериофагах и кишечной палочке.

Обзор процесса

Абортивная инициация происходит до клиренса промотора[1].

  1. РНК-полимераза связывается с промоторной ДНК, чтобы сформировать РНК-полимеразно-промоторный закрытый комплекс
  2. РНК-полимераза затем разматывает один виток ДНК, окружающий сайт инициации транскрипции, получая РНК-полимеразно-промоторный открытый комплекс
  3. РНК-полимераза входит в абортивный цикл синтеза и расцепляет короткие цепочки РНК (до 10 нуклеотидов в длину)
  4. РНК-полимераза обходит промотор и входит в этап элонгации транскрипции

Механизм

Абортивная инициация — нормальный процесс транскрипции и происходит как in vitro, так и in vivo[2]. После каждого шага добавления нуклеотида в инициации транскрипции, РНК-полимеразы могут действовать стохастически, избегая промотора (продуктивная инициация) или могут освободить РНК и вернуться к РНК-полимеразно-промоторному открытому комплексу (абортивная инициация). Во время этой ранней стадии транскрипции, РНК-полимераза входит в фазу, в течение которой диссоциация комплекса транскрипции энергично конкурирует с процессом удлинения. Сильная связь между комплексом инициации и промотором не является причиной абортивного цикла[3].

Морщины ДНК

На протяжении многих лет, механизм, с помощью которого РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК во время абортивной инициации оставался неуловимым. Было замечено, что РНК-полимераза не избегает промотора при инициации транскрипции, так что было неизвестно, как фермент мог читать цепь ДНК для расшифровки, не перемещаясь вниз. В течение последнего десятилетия, исследования показали, что абортивная инициация предполагает морщинистость ДНК (англ. DNA scrunching), при котором РНК-полимераза остаётся неподвижной, а она раскручивает и тянет вниз ДНК в комплексе транскрипции, проходя через нуклеотиды полимераз активного сайта, тем самым расшифровывая ДНК без движения. Это приводит в размотанной ДНК к накапливанию фермента, отсюда и название «морщины ДНК». В абортивной инициации РНК-полимераза сматывает и выталкивает вниз часть развёрнутого ДНК, освобождает РНК и возвращается к РНК-полимеразно-промоторному открытому комплексу; в противоположность этому, при продуктивной инициации, РНК-полимераза сматывает и выбрасывает вверх часть развёрнутого ДНК, нарушая РНК-полимеразно-промоторные взаимодействия, избегая промотора и формируя комплекс транскрипционной элонгации[1][4].

Статья 2006 года, что свидетельствует о причастности ДНК морщин к начальной транскрипции, предлагает идею, что стресс, понесённый в течение морщинизации ДНК, обеспечивает движущую силу как для абортивной инициации, так и продуктивной инициации[4]. Сопроводительный документ, опубликованный в том же году, подтвердил, что обнаружение морщин ДНК происходит в 80 % циклов транскрипции, а на самом деле, по оценкам, 100 %, учитывая ограничения способности обнаруживать быструю морщинистость (20 % морщин имеют длительность менее 1 секунды)[1].

Функция

Не существует общепринятой функции для получения усечённых транскриптов РНК. Тем не менее, исследования в 1981 году нашли доказательства того, что существует связь между количеством произведённых абортивных транскриптов и временем, в течение которого успешно производятся цепочки РНК. Когда РНК-полимераза проходит абортивную транскрипцию в присутствии АТФ, ГТФ, то образуется комплекс, который имеет гораздо более низкую способность к абортивной утилизации и гораздо более высокую скорость синтеза полной длины РНК-транскриптов[5]. Исследование в 2010 году нашло доказательства, подтверждающие, что эти усечённые транскрипты ингибируют прекращение синтеза РНК на РНК шпилько-зависимом внутреннем терминаторе[6].

См. также

Примечания

  1. Перейти обратно: 1,0 1,1 1,2 Revyakin A., Liu C., Richard H. Ebright. Abortive initiation and productive initiation by RNA polymerase involve DNA scrunching. (англ.) // Science : journal. — 2006. — Vol. 314, no. 5802. — P. 1139—1143. — doi:10.1126/science.1131398. — PMID 17110577.
  2. Goldman S., Richard H. Ebright. Direct detection of abortive RNA transcripts in vivo (англ.) // Science : journal. — 2009. — Vol. 324, no. 5929. — P. 927—928. — doi:10.1126/science.1169237. — PMID 19443781.
  3. Martin C. T., Muller D. K., Coleman J. E. Processivity in early stages of transcription by T7 RNA polymerase. (англ.) // Biochemistry : journal. — 1988. — Vol. 27, no. 11. — P. 3966—3974. — doi:10.1021/bi00411a012. — PMID 3415967.
  4. Перейти обратно: 4,0 4,1 Kapanidis A. N., Margeat E., Ho S. O., Kortkhonjia E., Weiss S., Ebright R. H. Initial transcription by RNA polymerase proceeds through a DNA-scrunching mechanism. (англ.) // Science : journal. — 2006. — Vol. 314, no. 5802. — P. 1144—1147. — doi:10.1126/science.1131399. — PMID 17110578.
  5. Munson L. M., Reznikoff W. S. Abortive initiation and long ribonucleic acid synthesis. (англ.) // Biochemistry : journal. — 1981. — Vol. 20, no. 8. — P. 2081—2085. — doi:10.1021/bi00511a003. — PMID 6165380.
  6. Lee S., Nguyen H. M., Kang C. Tiny abortive initiation transcripts exert antitermination activity on an RNA hairpin-dependent intrinsic terminator. (англ.) // Nucleic Acids Res[англ.] : journal. — 2010. — Vol. 38, no. 18. — P. 6045—6053. — doi:10.1093/nar/gkq450. — PMID 20507918.