Регуляция транскрипции бактериальных рРНК: роль факторов и изгибов ДНК
Активация транскрипции рРНК оперона in vivo осуществляется через фактор-зависимый и фактор-независимый механизмы ( Gourse et al, 1986 ; Plaskon & Wartell, 1987 ; Newlands et al, 1991 ; Zacharias et al, 1992 ). Рассмотрим работу рРНК оперонов на примере rrnB как наиболее изученного и в качестве промотора Р1. Fis белок был выявлен как trans-активирующий фактор, взаимодействующий с тремя сайтами rrnB UAS -70 (сайт I), -90 (сайтII), -140 (сайтIII) выше P1 промотора ( Ross et al, 1990 ). Была предложена модель транскрипционной активации рРНК оперонов, связанная с усилением сродства РНК- полимеразы с промоторами, вызванным взаимодействием Fis белка и РНК-полимеразы ( Ross et al, 1990 ; Nilsson et al, 1990 ;\ Verbeek et al, 1992 ).
Недавно выявили гистоноподобный белок H-NS, который осуществляет отрицательное влияние на транскрипцию рРНК по типу отрицательной обратной связи, он же является репрессором, включенным в регуляцию ряда других неродственных генов ( Pon et al, 1988 ; Higgi et al, 1988 ; May et al, 1990 ; Owen-Huges et al, 1992 ; Yamada et al, 1991 ; Hulton et al, 1990 ). Показано, что он взаимодействует также с rrnA и rrnD P1 промоторами, видимо и с другими rrn оперонами. Взаимодействие белков Fis и H-NS с ДНК Хотя сродство H-NS белка к искривленным последовательностям ДНК было продемонстрировано для многих случаев ( Yamada et al, 1990 ; Yamada et al, 1991 ; Owen-Huges, 1992 ), в случае P1 промотора оперона rrnB места связывания белка H-NS с ДНК сами по себе не вносят главного вклада в общую кривизну фрагмента , но белок H-NS в комплексе с его мишенью значительно изменяет конформацию ДНК, приводя к задержке комплекса в полиакриламидном геле. Fis белок связывается с искривленными фрагментами ДНК ( Zacharias et al, 1992 ), но ДНК в комплексе с Fis белком приобретает большую электрофоретическую подвижность, т.е. результирующая кривизна фрагмента ДНК уменьшается ( Tippner et al, 1994 ). Если белок Н-NS сам по себе незначительно ингибирует транскрипцию с промотора Р1, то он в значительной степени подавляет активацию транскрипции, вызванную присутствием белка Fis, способного в 10 активировать транскрипцию, по крайней мере, in vitro ( Ross et al, 1990 ; Zacharias et al, 1992 ), т.е. если Fis - активатор транскрипции, то H-NS - его антагонист. Заметим, что H-NS белок не является ингибитором для P2 промотора. Детальное изучение влияние этих белков на их мишени привело к представлению о том, что хотя их зоны связывания частично перекрываются, и даже в этой области белки могут одновременно связываться с ДНК, располагаясь вдоль спирали и будучи повернутыми друг по отношению к другу на определенный угол. Схематическая модель объясняющая переход от активации к репрессии. При построении схемы используются данные о локализации, числе и устройстве H-NS и Fis доменов связывания, о конформации ДНК в области Р1 промотора и результаты изучения конкурентного связывания H-NS и Fis белков ( Tippner et al, 1994 ). Различные стадии активации/ репрессии отражены на схеме. На Рис.14A изображен транскрипционный инициирующий комплекс, активированный 2 Fis белками, связанными с сайтами I и II. Вспомним, что основной инициирующий эффект в основном обязан возрастанию сродства РНК-полимеразы к промотору (возрастанию констанстанты связывания Kb) ( Zacharias et al, 1992 ), что указывает на дополнительные белок-белковые взаимодействия (Fis-РНК-полимераза) или взаимодействия РНК-полимераза-ДНК. ДНК выше промотора, будучи подходящим образом изогнутой, позволяет Fis димерам осуществить контакт с инициирующей полимеразой и стабилизировать инициирующий комплекс. На Рис.14B ДНК в области промотора занята двумя димерами H-NS, связанными со своими сайтами A и B и изгибающими ДНК в другую сторону. Как следствие, конфигурация ДНК меняется в районе старта транскрипции в неблагоприятном для инициации транскрипции направлении. Прямые контакты Fis и РНК-полимеразы более не возможны и активирующий эффект Fis белка нейтрализован. На Рис.6C полное овладение H-NS сайтов (A,B и C) совсем изменяет геометрию активирующей петли UAS области и как следствие вызывает потерю контактов РНК-полимеразы с промотором. Рис 14
