Механизм образования открытого промоторного комплекса РНКП: введение
После первоначального узнавания промотора, РНК-полимераза (РНКП) осуществляет плавление ДНК вокруг стартовой точки транскрипции. Что является движущей силой данного процесса, каков детальный механизм плавления ДНК холоферментом РНКП, и каким образом происходит стабилизация расплавленного участка ДНК в составе промоторного комплекса , во многом остаются неразрешенными.
Важную роль в открывании промотора и стабилизации открытого комплекса играют специфические взаимодействия сигма-субъединицы с нематричной цепью ДНК в области -10 элемента ( Fenton and Gralla, 2001 ; Fenton et al., 2000 ; Gross et al., 1998 ; Juang and Helmann, 1994 ; Tomsic et al., 2001 ). В частности, было показано, что плавление ДНК в процессе открывания промоторов осуществляется за счет взаимодействия консервативных ароматических аминокислотных остатков в районе 2 сигма70-субъединицы с нематричной цепью ДНК в области -10 элемента ( Fenton et al., 2000 ; Panaghie et al., 2000 ; Tomsic et al., 2001 ). Предполагается, что основную роль в инициации плавления играют остатки Y430 и W433 сигма70-субъединицы, которые взаимодействуют с остатком A во втором положении -10 элемента ( Рис. 4.5 ) ( Schroeder et al., 2007 ). Показано, что замены консервативных ароматических аминокислот (в том числе, Y430 и W433) в районе 2 в сигма70-субъединице нарушают плавление ДНК ( Рис. 4.4 ) ( Fenton et al., 2000 ; Panaghie et al., 2000 ; Tomsic et al., 2001 ). В то же время, роль неконсервативных аминокислот района 2, а также участие других районов сигма-субъединицы и кор-фермента в плавлении ДНК исследованы не были. Кроме того, оставалось неизвестным, существуют ли межвидовые различия в механизмах открывания промоторов РНКП разных бактерий.
Известно, что холофермент РНКП способен взаимодействовать не только с двунитевыми промоторами, но и с одноцепочечными матрицами, имеющими структуру шпилек с точкой инициации транскрипции в однонитевом участке.
Примерами таких матриц являются ориджины репликации нитчатых бактериофагов (М13, fd) ( Higashitani et al., 1997 ; Horiuchi, 1997 ), ориджины репликации некоторых плазмид ( Kramer et al., 1999 ; Kramer et al., 1997 ), а также малые регуляторные РНК (6S РНК) ( Wassarman and Saecker, 2006 ). Исследование инициации транскрипции в участке ориджина репликации бактериофага М13 показало, что для узнавания этой матрицы РНКП наличие промоторных элементов необязательно ( Zenkin et al., 2006 ; Zenkin and Severinov, 2004 ). Это позволяет предполагать, что способность холофермента РНКП к узнаванию шпилечной структуры ДНК также вносит свой вклад в плавление промотора и стабилизацию открытого комплекса.
Ниже будет проведен анализ взаимодействий холофермента РНКП с матрицами различной структуры, сравнительный анализ механизмов плавления промоторов РНКП мезофильных и термофильных бактерий, рассмотрены механизмы стабилизации промоторных комплексов РНКП разных бактерий.
