11.2: ריבוסוויצ'ים

ריבוסוויצ'ים הם תחומי mRNA שאינם מקודדים המווסתים את השעתוק והתרגום של גנים במורד הזרם ללא עזרת חלבונים. Riboswitches נקשרים ישירות למטבוליט ויכולים ליצור מבנים ייחודיים של לולאת גזע או סיכת ראש בתגובה לכמות המטבוליט הקיים. יש להם שני אזורים נפרדים - אפטאמר קושר מטבוליטים ופלטפורמת ביטוי.

לאפטאמר יש ספציפיות גבוהה למטבוליט מסוים המאפשר לריבוסוויצ'ים לווסת באופן ספציפי את השעתוק אפילו בנוכחות ביומולקולות רבות אחרות. אפטמרים קושרים מגוון של מולקולות אורגניות כולל פורינים, קו-אנזימים וחומצות אמינו. הם גם קושרים מולקולות אנאורגניות כמו קטיונים מגנזיום ואניונים פלואוריד. רוב האפטמרים קושרים את הליגנדים שלהם באמצעות קשרי מימן או אינטראקציות אלקטרוסטטיות. יכולים להיות אתרי קישור בודדים או מרובים עבור הליגנד על ריבוסוויץ'. בריבוסוויץ' ליזין, אתר קשירה יחיד של ליזין קיים על האפטאמר. לעומת זאת, בריבוסוויץ' של גליצין, שני אפטמרים נפרדים ספציפיים לגליצין קיימים על ה-mRNA המאפשרים לאפטאמר לחוש רק ריכוזים גבוהים מאוד של גליצין, שכן הריבוסוויץ' מתפקד רק כאשר שתי מולקולות קשורות.

פלטפורמת הביטוי מסדירה את השעתוק או התרגום על ידי יצירת מבנה אנטי-מחסל או מחסל. היווצרותם של מבנים אלו תלויה בקישור המטבוליט לאפטאמר. בריכוזים נמוכים, מטבוליטים לא ייקשרו לאפטאמר. זה יאותת לפלטפורמת הביטוי ליצור מבנה אנטי-טרמינטור שיאפשר את המשך השעתוק או התרגום. לעומת זאת, כאשר המטבוליט קיים בריכוזים גבוהים, הוא ייקשר לאפטאמר. במקרה זה, פלטפורמת הביטוי יוצרת מבנה מסיים ואחריו סדרה של שיירי אורציל, אשר מאלצת את ה-RNA פולימראז להתנתק מהתעתיק ומגדיל ה-DNA, ובכך להפסיק את השעתוק. פלטפורמת ביטוי יכולה גם לעכב את קשירת הריבוזום לתמלול על ידי יצירת מבנה סיכת ראש עם אתר הקישור של הריבוזום, הידוע גם כרצף Shine-Dalgarno, ומונע את התחלת התרגום. מנגנון נוסף שבאמצעותו ריבוזוויצ'ים מווסתים את השעתוק הוא על ידי פעולה כאנזימי RNA, או ריבוזימים, אשר רואים ב-glmS riboswitch-ribozyme. ריבוזימים אלו מבקעים את ה-mRNA של הריבוסוויץ' כאשר המטבוליט נקשר, ואז ה-mRNA הנותר מתפורר על ידי RNase, מה שמוביל לעיכוב התרגום.

סברו שריבוסוויצ'ים נוכחים רק בחיידקים וארכאים, אך לאחרונה הם נצפו גם בצמחים ופטריות. רק ריבוסוויץ' ספציפיים לתיאמין פירופוספט (TPP) נמצאו באיקריוטים עד כה. בניגוד לחיידקים, גנים אוקריוטיים מכילים אינטרונים שאינם מאפשרים לשעתוק ולתרגום להתרחש באותו תמליל בו זמנית; לכן ריבוזוויצ'ים אלה מווסתים את השעתוק על ידי שחבור חלופי. בחלק מהצמחים, ריבוסוויץ' TPP קיים באזור האינטרון הבלתי מתורגם 3' של הגן THIC. רמות TPP נמוכות מסכות את אתר השחבור הסמוך של 5' של אזור 3' הלא מתורגם ומייצר mRNA יציב. עם זאת, כאשר קיימים ריכוזים גבוהים של TPP, TPP נקשר לריבוסוויץ' וחושף את אתר השבר 5' של אזור 3' הלא מתורגם. הסרת האינטרון מייצרת mRNA לא יציב שאינו יכול לייצר חלבון.