基因转录机制的新发现!

【字体: 时间:2021年05月09日 来源:eLife

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  一种细菌蛋白质通过使转录DNA的细胞机制暂停在基因组中适当的位置,从而帮助停止转录。曼德尔说:“我们发现,一些固有终止位点依赖于NusA,一些依赖于NusG,一些依赖于NusA或NusG,还有一些需要两者兼有。”该研究论文发表在eLife在线杂志上

  

 

   

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图像:nusa依赖和nusg依赖的DNA转录到RNA的内在终止模型。一项新的研究表明,NusA和NusG共同促进了约88%的固有终止。

资料来源:宾夕法尼亚州立大学Babitzke实验室和Dani Zemba

这种名为NusG的蛋白质会在特定的DNA序列上暂停转录机制,以促进所谓的“内在终止”,并防止可能破坏细胞功能的不必要的转录。

由宾夕法尼亚州立大学的研究人员领导的一项新研究表明,NusG和相关蛋白NusA共同促进了枯草芽孢杆菌中约88%的固有终止子的终止。理解这一过程扩展了我们对这一关键细胞功能的基本知识,并可能最终帮助开发瞄准和破坏细菌基因调控的抗生素。一篇描述该研究的论文发表在eLife在线杂志上。

宾夕法尼亚州立大学研究生、论文第一作者扎卡里·f·曼德尔(Zachary F. Mandell)说,“细胞要获取存储在DNA中的遗传信息,首先必须通过一种叫做RNA聚合酶的酶把它转录成RNA。”“这一过程是高度协调的,以确保正确的基因在正确的时间和适当的水平上表达,使细胞正常运作。我们对让细胞在基因组的精确位置停止转录的机制很感兴趣。”

基因表达的适当调控发生在三个基本阶段。首先,转录是由RNA聚合酶启动的,RNA聚合酶在被转录序列的开始与DNA结合。在延伸过程中,NusA和NusG与RNA聚合酶结合,生成DNA序列的RNA拷贝。最后,转录必须在基因组中适当的位置终止。

Paul Babitzke说:“转录的终止在细菌中尤为重要,因为基因在基因组上紧密排列,如果不能在正确的位置终止转录,就可能导致不恰当的基因表达。”他是宾夕法尼亚州立大学生物化学和分子生物学教授,也是该研究团队的领导者。

传统上,细菌的终止机制被归类为“因子依赖”(依赖于一种称为Rho的蛋白质)或“内在终止”(被认为是“因子独立”)。内在终止依赖于产生的RNA分子中形成的RNA发夹结构,这导致RNA从转录机制中释放出来。

NusG和NusA都是被归类为帮助调节基因表达的转录因子的蛋白质,它们是蛋白质复合体的一部分,在延伸过程中读取和转录DNA。NusA与产生的RNA分子相互作用,NusG可以结合到DNA上暂停延伸。根据以往的研究,NusA通过协助RNA发夹的形成,被认为在内在终止中发挥作用,但NusG在终止中的作用尚未确定。

为了进一步探索这两种蛋白在内在终止中的作用,本研究团队制备了缺NusA、缺NusG以及NusA和NusG都缺的菌株。然后他们使用了他们发明的一种叫做“Term-Seq”的技术,在这项技术中,他们可以保存和识别在他们的菌株中产生的所有RNA分子的末端。突变株的RNA末端可以与NusA和NusG功能正常的细菌的RNA分子进行比较。

曼德尔说:“我们发现,一些固有终止位点依赖于NusA,一些依赖于NusG,一些依赖于NusA或NusG,还有一些需要两者兼有。”“我们对这两种蛋白质在内在终止中扮演的重要角色感到有些惊讶。总计88%的固有终止位点在一定程度上依赖于NusA或NusG。内在终止显然不是完全‘因素独立’的。”

研究人员仍在调查Nus蛋白在转录终止中的确切作用。

Babitzke说:“我们认为NusA直接帮助形成内在终止所需的发夹,而NusG在终止位点暂停延伸,给发夹额外的形成时间。”

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除了曼德尔和巴比茨克,该研究团队还包括宾夕法尼亚州立大学的Rishi Vishwakarma,印第安纳大学的Reid T. Oshiro和Daniel B. Kearns,以及国家癌症研究所的Alexander V. Yakhnin和Mikhail Kashlev。这项研究由美国国立卫生研究院资助。

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