Nieudana inicjacja
Nieudana inicjacja , znana również jako nieudana transkrypcja , to wczesny proces transkrypcji genetycznej , w którym polimeraza RNA wiąże się z promotorem DNA i wchodzi w cykle syntezy krótkich transkryptów mRNA , które są uwalniane, zanim kompleks transkrypcyjny opuści promotor. Proces ten zachodzi zarówno u eukariontów , jak i u prokariotów . Nieudaną inicjację zazwyczaj bada się w polimerazach RNA T3 i T7 w bakteriofagach iw E. coli .
Całkowity proces
Nieudana inicjacja następuje przed usunięciem promotora .
- Polimeraza RNA wiąże się z DNA promotora, tworząc zamknięty kompleks polimeraza RNA-promotor
- Polimeraza RNA następnie rozwija jeden zwój DNA otaczający miejsce startu transkrypcji, tworząc otwarty kompleks polimeraza RNA-promotor
- Polimeraza RNA wchodzi w nieudane cykle syntezy i uwalnia krótkie produkty RNA (zawiera mniej niż 10 nukleotydów)
- Polimeraza RNA ucieka z promotora i wchodzi w etap elongacji transkrypcji
Mechanizm
Nieudana inicjacja jest normalnym procesem transkrypcji i zachodzi zarówno in vitro, jak i in vivo . Po każdym nukleotydu w początkowej transkrypcji, polimeraza RNA, stochastycznie, może podążać ścieżką w kierunku ucieczki promotora (inicjacja produktywna) lub może uwolnić produkt RNA i powrócić do otwartego kompleksu polimeraza RNA-promotor (nieudana inicjacja). Podczas tego wczesnego etapu transkrypcji polimeraza RNA wchodzi w fazę, w której dysocjacja kompleksu transkrypcyjnego energetycznie konkuruje z procesem wydłużania. Nieudane cykle nie są spowodowane silnym wiązaniem między kompleksem inicjacyjnym a promotorem.
Skrobanie DNA
Przez wiele lat mechanizm, dzięki któremu polimeraza RNA porusza się wzdłuż nici DNA podczas nieudanej inicjacji, pozostawał nieuchwytny. Zaobserwowano, że polimeraza RNA nie uciekła z promotora podczas inicjacji transkrypcji, więc nie było wiadomo, w jaki sposób enzym może odczytać nić DNA w celu jej transkrypcji bez przemieszczania się w dół . W ciągu ostatniej dekady badania wykazały, że nieudana inicjacja obejmuje zgniatanie DNA, w którym polimeraza RNA pozostaje nieruchoma, podczas gdy się rozwija i wciąga DNA w dół do kompleksu transkrypcyjnego, aby przepuścić nukleotydy przez miejsce aktywne polimerazy, tym samym transkrybując DNA bez ruchu. Powoduje to gromadzenie się rozwiniętego DNA w enzymie, stąd nazwa DNA „zgniatanie”. W nieudanej inicjacji polimeraza RNA zwija się i wyrzuca dalszą część rozwiniętego DNA, uwalniając RNA i powracając do otwartego kompleksu polimeraza RNA-promotor; przeciwnie, w produktywnej inicjacji polimeraza RNA zwija się i wyrzuca górną część rozwiniętego DNA, przerywając interakcje polimeraza RNA-promotor, uciekając z promotora i tworząc kompleks wydłużania transkrypcji.
W artykule z 2006 roku, który wykazał udział marszczenia DNA w początkowej transkrypcji, zaproponowano pomysł, że stres występujący podczas marszczenia DNA stanowi siłę napędową zarówno nieudanej inicjacji, jak i produktywnej inicjacji. Artykuł towarzyszący opublikowany w tym samym roku potwierdził, że wykrywalne zgniatanie DNA występuje w 80% cykli transkrypcji i faktycznie szacuje się, że wynosi 100%, biorąc pod uwagę ograniczenie możliwości wykrywania szybkiego zgniatania (20% zgnieceń ma czas trwania krótszy niż 1 sekunda).
Artykuł z 2016 roku wykazał, że zgniatanie DNA występuje również przed syntezą RNA podczas wyboru miejsca startu transkrypcji.
Funkcjonować
Nie ma powszechnie akceptowanych funkcji dla powstałych skróconych transkryptów RNA. Jednak badanie przeprowadzone w 1981 roku wykazało, że istnieje związek między ilością wyprodukowanych nieudanych transkryptów a czasem do pomyślnego wytworzenia długich nici RNA. Kiedy polimeraza RNA ulega nieudanej transkrypcji w obecności ATP, UTP i GTP, tworzy się kompleks, który ma znacznie mniejszą zdolność do nieudanego recyklingu i znacznie wyższą szybkość syntezy pełnej długości transkryptu RNA. Badanie przeprowadzone w 2010 roku znalazło dowody potwierdzające, że te skrócone transkrypty hamują zakończenie syntezy RNA przez wewnętrzny terminator RNA zależny od spinki do włosów .