Бактериальная РНК-полимераза изгибает ДНК
Один из замечательных результатов проведенных исследований в изучении генной экспрессии заключается в том, что структурные свойства ДНК играют активную роль во многих клеточных процессах.
Равновесные локальные изгибы, присущие самой ДНК или индуцированные белком, являются детерминирующим моментом на каждой стадии процесса, приводящего к образованию транскрипционного активного комплекса. Начнем с бактериальных промоторов. На примере фаговых и промоторов E.coli напомним основные их черты: ранее были выявлены канонические боксы "-35" нп (нуклеотидных пар, бокс Гильберта) и "-10 нп" (бокс Прибнова), отстоящие на указанное расстояние, считая от центра гексануклеотидного бокса до начала синтеза "+1 нп" матричной РНК ( Hawley & McClure, 1983 ). В основном, для наилучшей экспрессии оптимальное расстояние между границами боксов 17 нп ( Siebenlist et al, 1980 ; Rosenberg & Court, 1979 ; Stefano, 1982 ), для промоторов рибосомной РНК - 16 нп. Есть примеры длин спейсеров между боксами в диапазоне от 15 до 20 нп.
Первое наблюдение о том, РНК-полимераза может индуцировать изгиб в связывающейся с ферментом последовательностью ДНК был сделан при изучении в системе in vitro взаимодействия с промотором gal оперона ( Kuhnke et al, 1987 ). Далее экспериментальными методами в работах ( Heumann et al, 1988 ; Kuhne et al, 1989 ) показано, что, по крайней мере, в 3 случаях РНК-полимераза в комплексе с сигма-70 субъединицей, при связывании с промоторами, изгибает ДНК. Хотя такие изменения в ДНК изучены только для очищенной сигма70-РНК-полимеразы, они, вероятно, распространены во многих случаях и составляют существенную стадию в транскрипционном процессе широкого круга систем, в частности, включая митохондриальные промоторы дрожжей ( Schinkel et al, 1988 ). Какова стереометрия комплексов сигма-70 РНК-полимераза - промотор в свете вызванных ферментом изгибов в ДНК? ДНК, видимо, по крайней мере, частично обернута вокруг определенной части фермента. Это следует из ряда данных, в частности:
(а) по защите промоторной области ДНК самим ферментом от обработки ДНказой вплоть до "-50 нп" выше сайта инициации "+1 нп" ( Travers et al, 1983 ).
(б) по выяснению многочисленных контактов промоторной ДНК с бета, бета' и сигма субъединицами, что можно представить себе не иначе, как если бы ДНК была обернута вокруг глобулярного фермента РНК-полимеразы,
(в) по непосредственным наблюдениям трехмерной структуры РНК-полимеразы с помощью электронной кристаллографии ( Darst et al, 1989 ), что свидетельствует об изгибе основного канала в ферменте, в котором осуществляется основной контакт фермента и ДНК
(г) по наблюдению комплексов с помощью сканирующей электронной микроскопии ( Rees et al, 1993 ),
(д) по степени торможения комплексов РНК-полимераза-промоторная ДНК при электрофорезе в полиакриламидном геле ( Kuhnke et al, 1987 ),
(е) по изучению нейтронного малоуглового рассеяния на комплексах РНК-полимеразы А1 промотор фага Т7 ( Heumann et al, 1988 ). Значение углов изгиба ДНК варьирует в определенных пределах, возможно, они различны для разных промоторов, для двойного комплекса фермент-промотор максимальное значение оценивается в 50-60о, для тройного комплекса фермент-промоторная ДНК-короткая РНК в 92о ( Rees et al, 1993 )
