Механизмы инициации транскрипции и регуляции у бактерий: общие сведения
В обзоре " РНК-ПОЛИМЕРАЗА (РНКП) БАКТЕРИЙ: ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ И КАТАЛИЗА " показана вся сложность структурных превращений РНКП, происходящих на разных стадиях синтеза РНК, и иллюстрировано многообразие регуляторных механизмов, которые обеспечивают изменение активности РНКП в процессе транскрипции. Стоит подчеркнуть, что в настоящее время охарактеризована только лишь незначительная часть структурных перестроек РНКП. Особенно мало известно о структурных механизмах различных стадий инициации транскрипции. Это связано как с отсутствием информации о точной трехмерной структуре транскрипционных комплексов на разных стадиях синтеза РНК, так и с недостатком экспериментальных данных о механизмах данных стадий. Важной проблемой в современных исследованиях транскрипции является то, что основные биохимические и генетические данные получены при исследовании РНКП мезофильных бактерий (прежде всего, E. coli и B. subtilis), в то время как структурная информация получена для РНКП термофильных бактерий , которые могут обладать особенностями, связанными с адаптацией к высоким температурам. Это указывает на необходимость более детального сравнения транскрипционных свойств различных групп бактерий и на необходимость разработки новых методов анализа структуры транскрипционных комплексов на разных стадиях синтеза РНК.
Активность РНКП регулируется многочисленными факторами, включая белковые транскрипционные факторы, малые РНК, низкомолекулярные регуляторы транскрипции и антибиотики. Анализ механизмов действия этих факторов показывает, что они затрагивают все стадии транскрипционного цикла, включая узнавание промоторов, образование открытого промоторного комплекса , инициацию и элонгацию синтеза РНК. На Рис. 5.15 суммированы рассмотренные данные о механизмах регуляции активности РНКП различными факторами. Известные в настоящее время регуляторы и ингибиторы активности РНКП можно условно разбить на несколько групп.
1) Факторы, влияющие на связывание РНКП с ДНК и образование открытого промоторного комплекса. Одним из примеров подобных факторов, рассмотренным в обзоре, является антибиотик миксопиронин , который связывается в области switch2-района бета'-субъединицы РНКП и препятствует изомеризации закрытого промоторного комплекса в открытый. Похожим механизмом, по-видимому, обладают многие регуляторные факторы бактериофагов, которые не были рассмотрены в данном обзоре. В качестве примеров таких факторов можно назвать белок gp2 фага Т7 E. coli, связывающийся с jaw-доменом бета'-субъединицы РНКП ( Nechaev and Severinov, 1999 ), а также белок P7 фага Xp10 Xanthomonas oryzae , взаимодействующий с N-концом бета'-субъединицы ( Yuzenkova et al., 2008 ).
2) Факторы, влияющие на положение каталитических ионов магния в активном центре РНКП. К данным факторам относятся ppGpp , белки GreA , GreB , Gfh1 , DksA , антибиотики тагетитоксин и рифампицин .
3) Факторы, связывающиеся во вторичном канале РНКП и блокирующие доступ субстратов в активный центр РНКП. Примерами подобных факторов являются белок Gfh1 и антибиотик микроцин J25 ( Adelman et al., 2004 ; Y u zenkova et al., 2002и).
4) Факторы, блокирующие удлинение РНК-транскрипта в ходе инициации. Примерами данных факторов являются антибиотики рифамицинового ряда и сорангицин .
5) Факторы, изменяющие структуру и конформационную подвижность функционально-важных элементов активного центра РНКП. В качестве примеров таких факторов можно привести антибиотик стрептолидигин и пептидный ингибитор эукариотической РНКП II альфа-аманитин . Можно предположить, что белковые регуляторы, связывающийся во вторичном канале РНКП и изменяющие связывание каталитических ионов магния, могут также влиять на конформацию структурных элементов, образующих активный центр РНКП (в частности, на конформацию G-петли и F-спирали ).
Суммируя рассмотренные данные, можно сделать вывод, что один из наиболее интересных способов регуляции РНКП заключается в изменении структуры активного центра фермента. Большинство из рассмотренных в обзоре регуляторных факторов связываются в области активного центра и влияют либо на связывание каталитических ионов магния, либо на структуру и подвижность функционально-важных структурных элементов РНКП, принимающих непосредственное участие в катализе. Вторичный канал РНКП является одним из основных участков связывания транскрипционных регуляторов различных типов. Следует отметить, что в данном обзоре рассмотрены далеко не все известные на сегодняшний день регуляторы активности бактериальной РНКП. Вероятно, что многие другие транскрипционные факторы могут действовать по сходным механизмам. Кроме того, мишенью действия транскрипционных факторов и антибиотиков могут являться другие стадии инициации транскрипции, в том числе, связывание сигма-субъединицы с кор-ферментом РНКП , связывание инициаторных субстратов, процессы ухода РНКП с промотора и диссоциации сигма- субъединицы, образование пауз в ходе элонгации транскрипции, а также терминация транскрипции. Исследование детальных молекулярных механизмов действия данных факторов будет являться важнейшей задачей дальнейших структурных исследований РНКП.
