감쇠기(유전자)

Attenuator (genetics)

유전학에서 감쇠는 전사의 조기 종료를 초래하는 일부 박테리아 오퍼레이터에서 제안된 제어 메커니즘이며, 박테리아에서 전사와 번역이 동시에 진행된다는 사실에 기초한다. 감쇠는 mRNA의 리더 시퀀스에 해당하는 DNA 세그먼트에 위치한 임시 정지 신호(감쇠기)를 포함한다. 감쇠하는 동안 리보솜은 mRNA 리더의 감쇠기 영역에서 정지(지연) 상태가 된다. 대사 조건에 따라 감쇠기는 그 지점에서 전사를 멈추거나 mRNA의 구조적 유전자 부분에 대한 읽기 및 적절한 단백질 합성을 허용한다.

감쇠는 전사의 조기 종료를 야기하는 고대와 박테리아 전체에서 발견되는 규제적 기능이다.[1] 감쇠기는 전사의 성공을 결정하는 두 개의 대체 RNA 구조 중 하나로 접히는 5'cis 작용 규제 영역이다.[2] 폴딩은 Rho 독립형 터미네이터를 생성하는 감지 메커니즘에 의해 변조되어 전사 중단 및 비기능 RNA 제품 또는 항터미네이터 구조를 생성하여 기능 RNA 대본을 생성한다. 이제는 머리핀 루프 구조로 샤인달가노 수열(리보솜 결합 사이트)을 세속화하여 전사가 아닌 번역이 종료되는 등가 사례가 많다. 이전의 (전술적) 감쇠의 정의를 충족시키지 못하지만, 이것들은 이제 동일한[2] 현상의 변형이라고 간주되어 이 글에 수록되어 있다. 감쇠는 유전자 조작자에 대한 빠르고 민감한 조절을 제공하는 많은 박테리아 종에 만연된 고대 규제 시스템으로, 자신의 제품(또는 하류 대사물)이 있는 곳에서 유전자를 억제하는 데 일반적으로 사용된다.[2]

감쇠기 클래스

감쇠기는 RNA 구조의 변화를 유도하는 분자의 유형에 따라 분류할 수 있다. 아마도 고고학/박테리아 분리에 앞서 초기에 전사-감응 메커니즘이 개발되었고 그 이후 여러 가지 다른 감지 분자를 사용하도록 진화했을 가능성이 있다(트립토판 생합성 피연산자는 서로 다른 유기체에서 세 가지 메커니즘을 사용하는 것으로 확인되었다).[1]

소분자 매개 감쇠(리보스위치)

주요 기사: 리보스와치

Riboswitch 시퀀스 아미노산, 뉴클레오티드, 당분, 비타민, 금속 이온 mRNA에 있는 형태 변화의 원인이 되는 다른 작은 ligands[2]등. 이러한 감쇄기의 대부분 유전자가 표현 이것이 전무는 생합성의 효소나 transporters[2]에 고용되어 있는 억제성 있게 분자(는 mRNA지도자 성적 증명서에).레이티트 해당 대사물의 농도에 영향을 미칠 수 있다. 예- 코발라민 생합성, 주기성 AMP-GMP 스위치, 리신 생합성, 글리신 생합성, 플루로이드 스위치 등

T-박스

이러한 원소는 충전되지 않은 특정 tRNA에 의해 구속되며 해당 아미노산-tRNA 합성 피연산자의 발현을 변조한다.[1] 높은 수준의 충전되지 않은 tRNA는 충전된 tRNA의 농도를 증가시키는 항터미네이터 시퀀스를 촉진한다. 이러한 것들은 일부에 의해 리보스[3] 와치의 별도 계열로 간주되지만 이전의 감쇠기 종류보다 상당히 복잡하다.

단백질 매개 감쇠

단백질-RNA 상호작용은 항터미네이터 구조의 형성을 방지하거나 안정시킬 수 있다.[1]

리보솜 매개 감쇠

이러한 상황에서 RNA 중합효소는 리보솜 활동에 의존한다. 만약 리보솜이 충분히 충전된 tRNA로 인해 정지한다면, 안티-터미네이터 구조가 선호된다. 트램프 피연산자의 표준 감쇠기 예는 대장균에서 이 메커니즘을 사용한다.

RNA 온도계

온도 의존 루프 형성은 다운스트림 피연산자의 표현에 온도 의존성을 도입한다. 그러한 모든 요소들은 샤인달가노 수열의 접근성을 제어함으로써 번역에 의존하는 방식으로 작용하는데, 예를 들어 숙주에 들어갈 때 일부 박테리아의 병원성 섬들의 발현이 그것이다.[2][4] 최근의 데이터는 대장균에서 감전 단백질의 업스트림 업스트림에서 온도에 의존하는 대체 2차 구조물(Rho-독립형 종단기 포함)의 존재를 예측하고 있다.[2]

디스커버리

감쇠는 찰스 야노프스키가 대장균의 trp 피연산자에서 처음 관찰했다.[5] 첫 번째 관찰은 두 개의 분리된 과학적 사실과 연관되어 있었다. trp R (repressor) 유전자를 녹아웃시킨 돌연변이는 여전히 trp 피연산자에 대한 어느 정도의 조절을 보여주었다(이 돌연변이는 tryptophan에 의해 완전히 유도/억제되지 않았다). trp 피연산자 규제의 총 범위는 약 700 X (ON/OFF)이다. trp압축기가 녹아웃되었을 때, trp의 부재나 존재에 의해 여전히 약 10 X의 규제를 받았다. trp 피연산자의 시작 순서가 결정되었을 때 트립토판 생합성 효소의 알려진 구조적 유전자에 대한 ORF 바로 앞에 비정상적인 개방형 판독 프레임(ORF)이 보였다. 아래에 표시된 일반적인 구조 정보는 trp 피연산자의 시퀀스에서 관찰되었다.

우선, 야노프스키는 ORF가 2개의 탠덤 Trp 코돈과 단백질은 약 10배 정상인 TRP%의 성분을 가지고 있다는 것을 관찰했다. 둘째, 이 영역의 mRNA는 두 개의 상호 배타적인 이차 구조를 형성할 수 있는 다이애드 대칭 영역을 포함했다. 그 구조물들 중 하나는 rho 독립 전사 종단 신호와 꼭 닮았다. 다른 이차 구조는 형성될 경우 이차 구조와 따라서 종단기의 형성을 방해할 것이다. 이 다른 구조물은 "선호자"라고 불린다.

trp 피연산자

trp 피연산자의 전사 감쇠 메커니즘.

박테리아에 있는 trp 유전자가 그 예다. 이 지역에 트립토판 수치가 높을 때 세균이 더 많이 합성하는 것은 비효율적이다. RNA 중합효소가 trp 유전자를 결합하고 변형시키면 리보솜은 번역을 시작할 것이다. (이것은 RNA가 번역을 시작하기 전에 핵에서 나와야 하는 진핵 세포와는 다르다.) mRNA 리더 순서(5' UTR)와 trp 피연산자 유전자 순서 사이에 위치한 감쇠기 시퀀스는 4개의 도메인을 포함하며, 여기서 도메인 3은 도메인 2 또는 도메인 4와 쌍을 이룰 수 있다.

도메인 1의 감쇠기 시퀀스에는 트립토판이 필요한 펩타이드 합성에 대한 지침이 포함되어 있다. 높은 수준의 트립토판은 리보솜이 감쇠기 시퀀스 도메인 1과 2를 번역할 수 있도록 하여 도메인 3과 4가 헤어핀 구조를 형성하여 트립 피연산자의 전사 종료를 초래한다. rho 독립적 종단 때문에 단백질 코딩 유전자가 변환되지 않기 때문에 트립토판은 합성되지 않는다.

반대로 트립토판 수치가 낮다는 것은 리보솜이 도메인 1에서 정지하여 도메인 2와 3이 전사 종료를 신호하지 않는 다른 헤어핀 구조를 형성하게 된다는 것을 의미한다. 따라서 나머지 피연산자는 번역하여 번역하여 트립토판이 생산될 수 있도록 할 것이다. 따라서 도메인 4는 감쇠기가 된다. 도메인 4가 없으면 트립토판 수준과 상관없이 번역이 계속될 수 있다.[6] 감쇠기 시퀀스에는 리더 펩타이드로 변환된 코돈이 있지만, trp 피연산자 유전자 시퀀스의 일부가 아니다. 감쇠기는 감쇠기 시퀀스 도메인이 루프 구조를 형성하는 데 더 많은 시간을 허용하지만, 이후 트립토판 합성에 사용되는 단백질을 생성하지는 않는다.

감쇠는 trp 피연산자의 음성 피드백의 두 번째 메커니즘이다. TrpR 억제기는 전사량을 70배 감소시키는 반면, 감쇠는 10배 더 감소시켜 약 700배의 누적 억제를 허용할 수 있다. 감쇠는 (핵이 없는) 원핵생물에서 리보솜이 mRNA를 번역하기 시작하는 반면 RNA 중합효소는 여전히 DNA 염기서열을 변환하고 있다는 사실에 의해 가능하다. 이를 통해 번역 과정이 피연산자의 전사에도 직접 영향을 미칠 수 있다.

trp 피연산자의 전사 유전자의 시작에는 리더 대본(trpL)이라고 불리는 140개의 뉴클레오티드가 있다. 이 대본은 1-4로 지정된 4개의 짧은 시퀀스를 포함한다. 시퀀스 1은 시퀀스 2와 부분적으로 보완되며, 시퀀스 3은 시퀀스 4와 부분적으로 보완된다. 따라서 1-2, 2-3 또는 3-4의 세 가지 구별되는 2차 구조(헤어핀)가 형성될 수 있다. Strand 1과 2를 혼합하여 1–2 구조를 형성하면 2–3 구조가 형성되는 것을 방지하고, 2-3을 형성하면 3–4가 형성되는 것을 방지한다. 3-4 구조는 전사 종단 시퀀스로, 일단 RNA 중합효소가 형성되면 DNA와 연결이 끊어지고 피연산자의 구조 유전자의 전사는 일어나지 않는다.

14개의 아미노산으로 구성된 짧은 폴리펩타이드에 대한 리더 대본 코드의 일부로서 리더 펩타이드라고 불린다. 이 펩타이드에는 두 개의 인접한 트립토판 잔류물이 함유되어 있는데, 이는 트립토판이 상당히 흔치 않은 아미노산(일반 대장균 단백질에서 약 100개의 잔류물 중 1개는 트립토판)이기 때문이다. 세포 내 트립토판 수치가 낮은 상태에서 리보솜이 이 펩타이드의 번역을 시도하면 두 개의 트립코돈 중 하나에서 정지한다. 정지된 상태에서 리보솜은 대본의 순서 1을 물리적으로 차폐하여 1-2차 구조를 형성하지 못하게 한다. 그런 다음 시퀀스 2는 시퀀스 3과 자유롭게 혼합되어 2-3 구조를 형성하며, 이는 3-4 단발 헤어핀의 형성을 방해한다. RNA 중합효소는 전체 피연산자를 계속 변형할 수 있다. 세포 내 트립토판 수치가 높을 경우 리보솜은 리더 펩타이드 전체를 중단 없이 번역하며 정지 코돈에서 번역 종료 시에만 정지한다. 이 시점에서 리보솜은 물리적으로 시퀀스 1과 2 모두를 보호한다. 따라서 시퀀스 3과 4는 자유롭게 전사를 종료하는 3-4 구조를 형성할 수 있다. 그 결과 trpL 대본이 구성적으로 표현되는 동안 tryptophan이 리보솜에 사용할 수 없을 때만 피연산자가 기록된다.

리보솜이 리보솜의 합성 직후 리더 대본의 번역을 시작하고 결합하기 위해 trpL 시퀀스에 일시 중지 사이트가 존재한다. RNA 중합효소는 이 현장에 도착하자마자 전사를 멈추고 통역이 시작되기를 기다리는 것으로 보인다. 이 메커니즘은 감쇠의 핵심 요소인 전사 및 번역의 동기화를 가능하게 한다.

유사한 감쇠 메커니즘은 히스티딘, 페닐알라닌, 트레오닌의 합성을 조절한다.

trp 피연산자의 메커니즘

이 mRNA 2차 구조와 trp 리더 펩타이드가 trp 생합성 효소의 전사를 어떻게 조절할 수 있는지에 대한 제안 메커니즘은 다음을 포함한다.

  • RNAP는 trp 프로모터의 전사를 시작한다.
  • RNAP는 2차 구조에서 뉴클레오티드 90 정도에서 일시 정지한다(위에 표시된 첫 번째 구조물은?).
  • 리보솜은 이 초기 mRNA와 결합하여 리더 펩타이드의 번역을 시작한다.
    • 그런 다음 RNAP는 일시 중지된 상태에서 "해제"되고 전사 작업을 계속한다.
  • RNAP가 잠재적 터미네이터 영역에 도달했을 때, 지속 여부는 리보솜의 "뒤에서 트레이닝" 위치에 따라 달라진다.
    • 리보솜이 적절한 tandem Trp 코돈에 멈춰서 적절한 tRNA를 기다리는 경우, 영역 1은 리보솜 안에 격리되므로 영역 2와 기본 쌍을 이룰 수 없다. 즉, 영역 2와 영역 3은 영역 4를 기록하기 전에 쌍을 이루게 된다. 이것은 단일 좌초될 때 지역 4를 강제하여 지역 3/4 종단기 구조의 형성을 방해한다. 그런 다음 사사는 계속된다.
    • 리보솜이 리더 펩타이드의 일부를 망설임 없이 번역할 경우, 영역 2의 일부를 커버하여 영역 3과 베이스 페어링하는 것을 방지한다. 그런 다음 지역 4를 기록할 때, 그것은 줄기를 형성하고 지역 3과 함께 고리를 형성하며, 필사 작업이 종료되어 ca. 140의 기본 대본이 생성된다.
  • 이 제어 메커니즘은 사용 가능한 충전된 Trp-tRNA의 양을 측정한다.

리보솜의 위치는 어떤 대체 2차 구조를 형성하는지 결정한다.

감쇠에 의해 제어되는 기타 피연산자

생합성 피연산자에서 유전자의 발현을 제어하기 위한 이러한 유형의 메커니즘의 발견은 억제제가 발견되지 않았던 광범위한 피연산자에서 그것의 재발견으로 이어진다. 예를 들면 다음과 같다.

오페론 리더펩타이드 기사
히스티딘 MTRVQFKHHPD 정지 히스티딘 피연산자 지시선
트레오닌 MKRISTITTITTITTGNGAG 중지 트레오닌 피연산자 리더
일브 (게다) MTALLRVISLVVVIIIPPALGGKA 중지
일브비 MTTSMLNACLLPTAVVVRVVVVVVVVGNAP 중지
루신 MSHIVRFTGLLNAFIVRGRVGIQH 중지 류신 피연산자 리더/락티스-레우-피 리더 RNA 모티브
페닐알라닌 MKHIPFFFFFFFTP 중지 락티스류피 리더 RNA 모티브

진핵생물의 감쇠

마이크로RNA 처리에 대한 연구는 Eukaryotes에서 감쇠 과정에 대한 증거를 보여주었다. Drosha 5'->3' exonuclease XRN2에 의한 공동전사적 내핵분열 후 어뢰 메커니즘에 의한 추가 전사를 종료할 수 있다.

참조

  1. ^ a b c d 메리노 E, 야노프스키 C(2005) "전송 감쇠: 박테리아가 사용하는 보존도가 높은 규제 전략" Trends Gene 21:260–4.
  2. ^ a b c d e f g Naville M, Gautheret, D(2009). "세균의 변화 감쇠: 주제와 변화" 기능 유전체학 9:178-189 브리핑.
  3. ^ 구티레즈-프레시아도 A, 헨킨 TM, 그룬디 FJ, 외 (2009). "RNA 기반 T-box 규제 메커니즘의 생물 화학적 특징과 기능적 함의." Microbiol Mol Biol Rev (73):36–61.
  4. ^ 나르베하우스 F, 발트밍하우스 T, 차우두리 S(2006). "RNA 온도계." FEMS Microbiol Rev (30):3–16.
  5. ^ C. 야노프스키, "세균 오퍼레이터의 발현 제어에 있어 억제", 네이처 289:751 (1981)
  6. ^ [1]
  • 유전자 VI 페이지 374–380
  • M. 발라리노, 2009년 10월, 5632–5638 페이지, "유전자간 기본 마이크로RNA의 결합 RNA 처리 및 전사"