Rho независимая терминация транскрипции у бактерий
Описание сигнала
Название сигнала: Rho-независимый терминатор
Носитель сигнала: Последовательность нуклеотидов в ДНК, которая транскрибируется в РНК (=> сигнал в молекуле РНК)
Кому адресован: РНК-полимераза
Предназначение — как должен реагировать адресат: РНК-полимераза должна остановиться, освободить ДНК, освободить РНК
Сила сигнала: Зависит от стабильности шпильки (чем стабильнее тем сильнее сигнал, стабильность определяется длиной стебля, количеством комплементарных пар оснований (особенно G-C) и наличием неканонических пар), от длины U-богатого участка (чем длиннее тем слабее связывается РНК с ДНК-матрицей, что способствует диссоциации комплекса), от структуры РНК-полимеразы, от скорости транскрипции (чем медленнее тем выше шанс формирования стабильной шпильки)
Примеры сигнала: Сигнал состоит из двух частей - инвертированного повтора (который формирует шпильку, она богата GC парами, поэтому стабильна), и богатого урацилом участка (идет после шпильки в РНК)
Терминация транскрипции представляет собой заключительный этап процесса считывания генетической информации, при котором происходит остановка синтеза РНК, отсоединение синтезированной молекулы и диссоциация транскрипционного комплекса. У прокариотических организмов существуют два основных механизма терминации транскрипции: Rho-зависимый и Rho-независимый. Я бы хоотела рассмотреть один из них - Rho-независимый.
Rho-независимая терминация транскрипции, также известная как внутренняя терминация или терминация с образованием шпильки на 3' конце, представляет собой механизм, при котором остановка синтеза РНК происходит без участия дополнительных белковых факторов (в частности, белка Rho). Этот процесс контролируется последовательностью ДНК-матрицы и образующейся вторичной структурой РНК.
Принцип терминации: РНК-полимераза синтезирует последовательность РНК. GC-богатый участок (обычно содержит от 7 до 20 нуклеотидов) с инвертированными повторами на синтезируемой РНК формирует шпильку вблизи активного центра РНК-полимеразы. РНК-полимераза продолжает синтез и транскрибирует A-T-богатый участок, создавая последовательность урацилов в РНК. Образовавшаяся шпилька создает стерическое напряжение в транскрипционном комплексе, а слабые взаимодействия между урацилами в РНК и аденинами в ДНК-матрице дестабилизируют РНК-ДНК гибрид. Это приводит к освобождению РНК от ДНК и отсоединению РНК-полимеразы.
Список литературы:
Peggy J. Farnham, Terry Platt, Rho-independent termination: dyad symmetry in DNA causes RNA polymerase to pause during transcription in vitro, Nucleic Acids Research, Volume 9, Issue 3, 11 February 1981, Pages 563–577, https://doi.org/10.1093/nar/9.3.563
Elena A. Lesnik, Rangarajan Sampath, Harold B. Levene, Timothy J. Henderson, John A. McNeil, David J. Ecker, Prediction of rho-independent transcriptional terminators in Escherichia coli, Nucleic Acids Research, Volume 29, Issue 17, 1 September 2001, Pages 3583–3594, https://doi.org/10.1093/nar/29.17.3583
Сервис для поиска
Я нашла 2 сервиса по поиску Rho-независимый терминатора.
1. ARNold (http://rssf.i2bc.paris-saclay.fr/toolbox/arnold/)(был дан в подсказках к практикуму): В основе лежат 2 прогрммы: Erpin (натренированная на аннотированных выравниваниях 1200 терминаторов из Bacillus subtilis and Escherichia coli, программа строит lod-score profile (штука, которая показывает вероятность связи между двумя генетическими признаками) и выбирает наибольше в введенной последовательности) и RNAmotif (насколько я поняла, она оценивает по стабильности петли шпильки и богатого тимином (не урацилом??) участка , вычисляет насколько правдоподобное нашлось решение). Также расчитывается энергия Гиббса для того, чторбы убедиться, что нашлась правильная терминантная шпилька.
2. WebGeSTer (http://pallab.cds.iisc.ac.in/gester/dbsearch.php): Алгоритм ищет Rho-независимые терминаторы в геноме бактерии по собранной базе данных WebGeSTer DB (состоит из 1060 сиквенсов генома бактерий и 798 плазмид). Может предсказать более миллиона териминаторов и выдавать при этом параметры терминаторов (длина стебля шпильки, петли итд). В программе есть интерфейс, который позволяет ввести различные параметры (есть пределы размера петли, стебля, расстояния от ORF, максимальное кол-во мисмэтчей). Алгоритм: программа ищет с двух участков ДНК - с GC-богатого фрагмета и с обратнокомплементарного ему в районе 70 нуклеотидов, затем ищет возможные мисмэтчи на этих участках, строит все возможные шпильки с различными гэпами и мисмэтчами, расчитывает по формуле изменение энергии Гиббса для каждой и выбирает одну с наименьшим, оценивает характеристики шпильки.
Рис1. Испоьзования ARNold для поиска шпильки в Burkholderia thailandensis (правда, я не уверена, какая именно терминация у этого организма). Не особо нформативно, но какую-то петлю нашел.
Рис2. Использовала WebGeSTer для поиска шпильки в Burkholderia thailandensis. Работает очень медленно, к сожалению. Как вводить свою последовательность я так и не смогла разобраться, благо моя бактерия была в списке предложенных. Есть вид генома, как я понимаю еще должны открываться шпильки в красивом развернутом виде (ждала 20 минут - у меня не открылось). Нашлось 3 шпильки. Работает медленно, к сожалению, но сама суть неплохая.
Список литературы:
Описание сервиса 1: Naville, M., Ghuillot-Gaudeffroy, A., Marchais, A., & Gautheret, D. (2011). ARNold: A web tool for the prediction of Rho-independent transcription terminators. RNA Biology, 8(1), 11–13. https://doi.org/10.4161/rna.8.1.13346
Описание сервиса 2: Mitra A, Kesarwani AK, Pal D, Nagaraja V. WebGeSTer DB--a transcription terminator database. Nucleic Acids Res. 2011 Jan;39(Database issue):D129-35. doi: 10.1093/nar/gkq971. Epub 2010 Oct 23. PMID: 20972211; PMCID: PMC3013805.