1.2.2. Регуляция на этапе элонгации и терминации транскрипции

Два важнейших способа регуляции транскрипции на стадии элонгации –

индукция субстратом и репрессия продуктом – рассмотрены нами в разделе 1.1.

Кроме этих базовых, имеются и другие механизмы, изменяющие синтез белка

через воздействие на элонгацию транскрипции. Наиболее хорошо изученные

из них рассмотрены ниже.

1.2.2.1. Как вирус заставляет бактерию на него работать

(изменение свойств β-субъединицы РНК-полимеразы)

Прямое воздействие на РНК-полимеразу, приводящее к изменению ее

свойств, используют некоторые бактериофаги (то есть вирусы бактерий), такие

как бактериофаг Т4. Цель такого воздействия – изменить свойства

бактериального фермента таким образом, чтобы переключить его на

транскрипцию своего собственного генома. При этом синтез бактериальных

РНК прекращается. Особый фаговый белок взаимодействует с β-субъединицей

РНК-полимеразы E. coli, в результате чего уже начавший транскрипцию

фермент перестает воспринимать в качестве матрицы для транскрипции

обычную бактериальную ДНК, содержащую цитозин, а воспринимает только

измененную ДНК (фаговую), где вместо цитозина содержится 5-

17гидроксиметилцитозин. В итоге вместо нужных бактериальной клетке мРНК и

белков синтезируются продукты, необходимые вирусу.

В рассмотренном случае на РНК-полимеразу оказывает воздействие не

низкомолекулярный эффектор, а белок, однако, как и под воздействием ффГфф

(см. ниже), регуляция элонгации основана на изменении способности РНК-

полимеразы распознавать определенные особенностиДНК-матрицы.

1.2.2.2. Регуляция с помощью ффГфф (строгий ответ)

Элонгация транскрипции может регулироваться с помощью прямого

воздействия низкомолекулярного эффектора на РНК-полимеразу. В качестве

одного из таких эффекторов рассмотрим необычный нуклеозидтетрафосфат –

ффГфф (рис.8).

Рис. 8 Формула гуанозинтетрафосфата – ффГфф

Если внутри клетки бактерии E.coli возникает недостаток аминокислот,

являющихся материалом для построения белковых молекул на рибосомах, то в

целях экономии следует прекратить синтез новых рибосом. Механизм, с помощью которого происходит “выключение” синтеза рРНК (и одновременной

стимуляции синтеза РНК c оперонов, контролирующих биосинтез аминокислот), представлен на рис. 9. Этот способ регуляции носит название

строгого ответа клеток на аминокислотное голодание. Он присущ практически

всем бактериям. Для осуществления строгого ответа нужны несколько

структурных генов, но наиболее изученным из них является ген relA,

кодирующий белок RelA.

Кроме замедления синтеза рРНК и усиления транскрипции оперонов

биосинтеза аминокислот, при строгом ответе также снижается скорость синтеза

тРНК и некоторых мРНК, необходимых для синтеза рибосомных белков,

факторов элонгации EF-Ts, EF-Tu и EF-G, α-субъединицы РНК-полимеразы.

Общий синтез РНК снижается в итоге до 5-10% от нормального. Возрастает

скорость деградации белка, уменьшается синтез нуклеотидов, липидов и

углеводов.

1819

Отметим, что строгий ответ можно вызвать любыми условиями,

нарушающими образование аминоацил-тРНК. Например, недостаток АТФ

будет иметь тот же эффект, что и аминокислотное голодание, так как АТФ

необходим для присоединения аминокислоты к тРНК.

Некоторые из бактерий приспособили строгий ответ еще и для регуляции

других клеточных функций. Так, миксобактерии используют ффГфф как сигнал

к образованию плодовых тел – скоплений клеток, служащих для последующего

возникновения в них бактериальных спор.

Недостаток аминокислот

↓

Ненагруженные аминокислотами тРНКпоступают в А-сайт рибосомы

↓

Активация особого фермента (белок RelA, ассоциированный с рибосомами)

↓

ффГ (онже обозначается как ГДФ) + АТФ ----------------→ ффГфф + АМФ

↓

Присоединяется к РНК-полимеразе

↓

РНК-полимераза прекращает “прилипать” к промотору генов рРНК и начинает

активнее присоединяться к генам, кодирующим ферменты для синтеза аминокислот

↓

Замедляется синтез рРНК и усиливается синтез недостающих клетке аминокислот

.