Координация элонгации транскриптов с метаболизмом ДНК
Транскрипция происходит координированно с репликацией бактериальной ДНК и сегрегацией хромосом в дочерние клетки. Транскрибирующая РНК-полимераза встречается в процессе синтеза РНК с репликативным бактериальным комплексом. Для сведения к минимуму отрицательного эффекта такой встречи активно транскрибируемые гены бактерий и бактериофагов ориентированы на хромосомах таким образом, чтобы синтез ДНК и РНК происходил в одном направлении. Но даже в этом случае встреча двух работающих комплексов неизбежна, поскольку репликация ДНК происходит в 10-20 раз быстрее транскрипции тех же ее участков.
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 теряется энергия, затраченная на синтез недостроенного фрагмента РНК. Эта проблема актуальна для больших эукариотических генов, например, гена дистрофина , размер которого превышает 2000 т.п.о. Методом электронной микроскопии показано, что у E. coli репликативная вилка может смещать с ДНК элонгирующий транскрипционный комплекс.
Установлено, что элонгация транскриптов влияет 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 положение РНК-полимеразы на матрице не изменяется. Во время контакта работающей репликативной вилки с РНК-полимеразой в составе тройного комплекса не обнаружено изменений его стабильности как во время активного синтеза РНК, так и в состоянии задержки транскрипции. Оказалось, что при столкновении репликативного и транскрипционного комплексов, 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 синтезировать правильную цепь РНК. Это указывает на возможный механизм координации репликации и транскрипции у других, более сложноустроенных организмов.
