Транскрипционный контроль экспрессии генов у прокариот

Теоретически отрицательные последствия такого столкновения заключаются в том,  что  в  отличие  от  ДНК-полимераз,  которые  функционируют  по дистрибутивному механизму, т.е. способны продолжать синтез ДНК после его временного прекращения и отделения фермента от матрицы, РНК-полимеразы являются процессивными ферментами. Они не могут продолжить синтез РНК после  распада  элонгирующего  комплекса  и  для  вовлечения  в  новый  цикл транскрипции требуют инициации синтеза РНК на промоторе. При этом энергия, затраченная на синтез недостроенного фрагмента РНК, безвозвратно теряется. Данная  проблема  особенно  актуальна  для  больших  эукариотических  генов, например  гена  дистрофина,  размер  которого  превышает 2000 т.п.о.  Тем  не менее, методом электронной микроскопии показано, что у E. coli репликативная вилка  может  смещать  с  ДНК  элонгирующий  транскрипционный  комплекс.

Установлено  также,  что  элонгация  транскриптов  оказывает  влияние  на правильную терминацию репликации.

У бактериофага Т4 репликативный аппарат может функционировать без разрушения  элонгирующих  транскрипционных  комплексов  независимо  от направления  транскрипции  по  отношению  к  направлению  синтеза  ДНК.  В опытах  Б. Лиу  и  Б.М. Албертса (1995 г.)  с  высокоочищенными  компонентами аппаратов транскрипции и репликации бактериофага Т4 было установлено, что при одновременно происходящих транскрипции и репликации оба работающих комплекса  не  мешают  друг  другу  выполнять свои функции. При прохождении репликативной  вилки  через  транскрибируемый  участок  ДНК  этого  вируса положение  РНК-полимеразы  на  матрице  не  изменяется.  Во  время  контакта работающей  репликативной  вилки  с  РНК-полимеразой  в  составе  тройного комплекса  не  было  обнаружено  изменений  его  стабильности  как  во  время активного синтеза РНК, так и в состоянии задержки транскрипции. Неожиданно оказалось,  что  при  столкновении  репликативного  и  транскрипционного комплексов друг с другом РНК-полимераза переключается на использование в качестве матрицы вновь синтезированной дочерней цепи ДНК. Во время такой смены  матриц  РНК-полимераза  сохраняет  связь  с  растущим  транскриптом, остается  в  активном  состоянии  и  продолжает  безошибочно  синтезировать правильную  цепь  РНК.  Этот  пример  указывает  на  возможный  механизм координации  репликации  и  транскрипции  у  других,  более  сложноустроенных организмов.

Белковые  факторы,  регулирующие  элонгацию  РНК  у  бактерий. Белковые  факторы  и  небольшие  молекулы,  изменяющие  свойства элонгирующих РНК-полимераз, столь же разнообразны, как и упомянутые выше механизмы  регуляции  транскрипции  на  уровне  элонгации  РНК.  Это  особенно относится  к  эукариотам,  о  которых  речь  пойдет  в  следующем  разделе  книги. Некоторые  факторы  стимулируют  элонгацию  через  супрессию  временной задержки РНК-полимераз на транскрибируемых матрицах или путем активации комплексов,  полностью  прекративших  транскрипцию.  Другие  факторы обеспечивают  терминацию  или  антитерминацию  транскрипции.  У  эукариот имеются белки, изменяющие активность белковых компонентов элонгирующих комплексов,  а  также  структуру  транскрибируемого  хроматина.  Некоторые регуляторные  белки  осуществляют  свое  действие,  связываясь непосредственно с растущим транскриптом или матричной ДНК, другие – через белок–белковые  взаимодействия.  Во  многих  случаях  механизм  действия регуляторных белков остается невыясненным.

У E. coli имеются  уже упоминавшиеся выше белковые  факторы GreA и GreB, которые выводят элонгирующий комплекс РНК-полимеразы из состояния полного  прекращения  синтеза  РНК  путем  стимуляции  эндонуклеазного отщепления 3’-концевой  части  элонгируемого  транскрипта.  Ген,  кодирующий белок GreA, впервые  был  обнаружен  генетическими  методами  как  ген-супрессор  температурно-чувствительной  мутации  в  β’-субъединице  РНК-полимеразы E. coli. Инактивация  генов greA или greB по  отдельности  с помощью  мутаций  не  сопровождается  выраженным  изменением  фенотипа мутантных  бактерий,  однако  двойная  мутация  делает  бактериальные  клетки температурно-чувствительными. Для таких мутантных клеток была характерна быстрая реверсия к обычному нетемпературно-чувствительному фенотипу. На этом  основании  делается  вывод  о  значительном  преимуществе  в  росте бактериальных клеток, обладающих функциональными белками GreA и GreB, даже при пермиссивной температуре. Те же генетические свойства характерны и  для  фактора  элонгации  транскрипции TFIIS(SII) S. c erevisiae – функционального  н(о  не  структурного)  гомолога  вышеупомянутых бактериальных факторов.

Среди  регуляторов  элонгации  транскрипции,  действующих  по  типу терминации–антитерминации  синтеза  РНК,  для  полноты  картины  следует упомянуть  уже  обсуждавшиеся  выше  фактор  терминации  транскрипции  ρ,  а также белки-антитерминаторы транскрипции N и Q бактериофага λ.

Патрушев, Л.И. Экспрессия генов.  Л.И. Патрушев, – М.: Наука, 2000.