Сигма-субъединица бактериальной РНК-полимеразы

У бактерий все стадии инициации осуществляются холоферментом РНК- полимеразы (РНКП), состоящим из кор-фермента и фактора инициации - сигма-субъединицы, которая диссоциирует при переходе к элонгации транскрипции. Одной из основных функций сигма-субъединицы является узнавание промоторов и плавление ДНК в районе стартовой точки транскрипции. Показано, что сигма-субъединица может также играть активную роль на последующих стадиях инициации, в том числе, в процессах инициации синтеза РНК и ухода РНКП с промотора. Таким образом, сигма- субъединица является одним из основных регуляторов транскрипции, действующим на всех стадиях инициации (см. " Механизмы инициации транскрипции у бактерий: общие сведения " и " Холофермент бактериальной РНК-полимеразы ").

Трехмерная структура полноразмерной сигма-субъединицы РНКП в свободном состоянии остается неизвестной. В то же время, исследователям удалось расшифровать структуру отдельных фрагментов сигма70-субъединицы E. coli ( Malhotra et al., 1996 ) и сигмаA-субъединицы T. aquaticus ( Campbell et al., 2002 ). В первом случае была определена структура фрагмента, соответствующего домену сигма2 и включающего районы 1.2 и 2 и неконсервативный участок между ними. Во втором случае была расшифрована структура фрагмента, соответствующего доменам сигма2 и сигма3 (районы 1.2, 2 и 3), и отдельно - структура фрагмента, соответствующего домену сигма4 ( Рис. 2.3 ).

Было обнаружено, что структура индивидуальных доменов сигма в свободном состоянии очень сходна с их структурой в составе холофермента РНКП ( Campbell et al., 2002 ). В то же время, сигма-субъединица в свободном виде не взаимодействует с промоторами.

Было предложено несколько механизмов, объясняющих ингибирование связывания ДНК свободной сигма-субъединицей. Во-первых, в ингибировании ДНК-связывающей активности сигма-субъединицы может играть роль район 1.1, который может напрямую маскировать ДНК-связывающие сайты ( Schwartz et al., 2008 ). Удаление данного района придает сигма способность взаимодействовать с промоторной ДНК, хотя и с низкой эффективностью ( Dombroski et al., 1993 ). Во-вторых, было показано, что сигма-субъединица в свободном состоянии имеет компактную конформацию, в которой районы 2 и 4 сближены друг с другом, а образование холофермента сопровождается значительным увеличением междоменного расстояния ( Callaci et al., 1999 ). Сближение районов 2 и 4 также может маскировать ДНК-связывающие сайты сигма. В-третьих, не исключено, что ДНК- связывающие сайты в свободной сигма-субъединице находятся в неактивной конформации, а активация связывания ДНК происходит в результате локальных изменений в структуре данных сайтов, вызванных кор-ферментом . В подтверждение этого, было показано, что при образовании холофермента происходит изменение доступности и реакционных свойств аминокислотных остатков в районе 2 сигма-субъединицы ( Callaci et al., 1998 ; Callaci and Heyduk, 1998 ). Однако, до настоящего времени не получено данных, которые бы однозначно свидетельствовали в пользу какого-либо из перечисленных механизмов.

На возможные механизмы ингибирования связывания ДНК в свободной сигма-субъединице проливает свет расшифрованная структура полноразмерной сигма28-субъединицы E. coli в комплексе с ингибитором - антисигма- фактором FlgM ( Рис. 2.4 А) ( Sorenson et al., 2004 ). Данная сигма- субъединица является альтернативной сигма-субъединицей, обеспечивающей транскрипцию генов, ответственных за образование флагелл . Cигма28 содержит консервативные районы 2, 3 и 4, но не имеет N-концевого района, соответствующего району 1 главных сигма-субъединиц. В комплексе с антисигма-фактором сигма28 принимает компактную конформацию, в которой районы 2 и 4 сближены друг с другом, а соединяющий их линкерный участок (сигма3-сигма4-линкер) имеет структуру альфа-спирали, которая проходит между ними. Соответствующий участок (район 3.2) сигмаA-субъединицы в холоферменте РНКП T. thermophilus имеет вытянутую конформацию ( Рис. 2.4 ). Моделирование контактов сигма28-субъединицы с ДНК, проведенное при помощи наложения структуры сигма28 на модель промоторного комплекса РНКП T. aquaticus, показывает, что сигма3-сигма4- линкер блокирует узнавание -10 элемента промотора районом 2 сигма28 ( Рис. 2.5 А), а также, вместе с районом 2, узнавание -35 элемента районом 4 сигма28 ( Рис. 2.5 Б).

Так как структура сигма28 в целом гомологична структуре сигма70 и сигмаA-субъединиц, аналогичные механизмы могут действовать в случае главных сигма-субъединиц. В то же время, не исключено, что наблюдаемая конформация сигма28 вызвана связыванием антисигма-фактора и не образуется в свободном состоянии.

Ссылки:

Все ссылки