Бактериальная РНК-полимераза и транскрипция

В ходе эволюции, когда организмы переходили от РНК генома к ДНК геному, требовалось выполнить два необходимых условия. Во-первых, синтез ДНК, зависимый от РНК-матрицы, который является основной формой репликации в ретровирусах и все еще наблюдается в ретротранспозируемых элементах у людей. Во-вторых, синтез РНК, зависимый от ДНК-матрицы, который осуществляется РНК-полимеразой (РНКпол) как у бактерий, так и у эукариот.

Транскрипцию можно разделить на три основных этапа, каждый из которых вовлекает отдельные последовательности ДНК, направляющие полимеразу. Это:

1. Инициация, которая вовлекает две специфические последовательности на 10 и 35 пар оснований выше гена, называемые промоторами.
2. Элонгация, при которой полимераза движется по матрице ДНК, синтезируя мРНК в направлении от 5′ к 3′.
3. Терминация, при которой полимераза встречает область, богатую Ц–Г нуклеотидами и останавливает синтез мРНК.

Бактериальная РНКпол выполняет все три этапа вместе с другими вспомогательными белками. Хотя некоторые РНК-полимеразы, такие как вирусные полимеразы T7 и N4, состоят из одной полипептидной цепи, все организмы с клеточными геномами имеют полимеразы из нескольких субъединиц, которые различаются по размеру и сложности в зависимости от структуры генома. Многосубъединичная структура бактериальной РНКпол помогает ферменту поддерживать каталитическую функцию, облегчает сборку, взаимодействует с ДНК и РНК и саморегулирует свою активность. Хотя это каталитически эффективный фермент, он не распознает специфические последовательности ДНК. Чтобы помочь РНКпол распознавать последовательности ДНК с высоким сродством, специализированные белки, называемые факторами транскрипции, связываются с определенными участками ДНК, чтобы инициировать и прекращать транскрипцию. Из всех специализированных белков, которые помогают РНКпол, только один сохраняется во всех трех доменах жизни – бактерии, археи и эукариоты. Этот фактор транскрипции называется NusG у бактерий, Spt5 у архей и SPT5 у эукариот.  NusG связывается с РНК-полимеразой во время инициации, когда σ-фактор диссоциировал. Он регулирует процессивность транскрипции, контролируя паузы полимеразы. Универсальная консервативность NusG указывает на то, что регуляция активности полимеразы во время элонгации предшествовала регуляции инициации транскрипции.