Sigma faktor

Sigmafaktorn ( σ-faktor ) är ett protein som krävs för transkriptionsinitiering hos bakterier . [1] Det är en bakteriell transkriptionsinitieringsfaktor som ger specifik bindning av RNA-polymeras ( RNAP) till genpromotorer . Den är homolog med transkriptionsfaktor B i archaea och med den eukaryota faktorn TFIIB . [2] Den specifika sigmafaktor som används för att initiera transkription av en given gen kommer att variera beroende på genen och på de miljösignaler som krävs för att initiera transkription av den genen. Valet av promotorer av RNA-polymeras beror på sigmafaktorn associerad med det [3] .

Sigmafaktorn tillsammans med RNA-polymeras är känd som RNA-polymeras-holoenzym. Varje RNA-polymeras holoenzymmolekyl innehåller exakt en sigmafaktorsubenhet. Antalet sigmafaktorer varierar i olika typer av bakterier. [1] [4] E. coli har sju sigmafaktorer. Sigmafaktorer kännetecknas av sin karakteristiska molekylvikt . Till exempel är σ70 en sigmafaktor med en molekylvikt på 70 kDa .

Sigmafaktorn i RNA-polymerasholoenzymkomplexet krävs för transkriptionsinitiering, även om när detta steg är avslutat, dissocierar det från komplexet och RNA-polymeraset fortsätter att förlängas av sig självt.

Specialiserade sigmafaktorer

Olika sigmafaktorer används i olika miljöförhållanden. Dessa specialiserade sigma-faktorer binder promotorer av gener som är lämpliga för miljöförhållanden, vilket ökar transkriptionen av dessa gener.

Sigmafaktorer för Escherichia coli :

• σ 70 (RpoD) - σ A - "hushållning" sigmafaktor eller även kallad primär sigmafaktor , transkriberar de flesta gener i växande celler. Varje cell har en "hushållning" sigmafaktor som håller viktiga gener och vägar igång. [1] När det gäller Escherichia coli och andra gramnegativa stavformade bakterier är sigma för "hushållning" σ 70 . [1] Alla gener som känns igen av σ 70 innehåller liknande promotorkonsensussekvenser bestående av två delar. [1] Konsensus-promotorsekvenser finns vanligtvis vid 10 och 35 nukleotider i förhållande till DNA-basen som motsvarar början av RNA-transkriptet (positioner -10 och -35 före startpunkten).
• σ 19 FecI - sigmafaktor som reglerar fec -genen för järntransport
• σ 24 RpoE - extracytoplasmatisk/extrem värmestress sigmafaktor
• σ 28 ​​RpoF - flagellär sigmafaktor
• σ 32 RpoH - värmechock sigmafaktor, tänds när värme appliceras på bakterien. På grund av högre uttryck kommer faktorn att vara mer benägen att binda till kärnenzymet av RNA-polymeras. Samtidigt uttrycks andra värmechockproteiner som gör att cellen kan överleva vid högre temperaturer. Några av enzymerna som uttrycks vid σ 32 -aktivering är chaperoner, proteaser och DNA-reparationsenzymer.
• σ 38 ​​RpoS - sigmafaktor för den hungriga/stationära fasen
• σ 54 ​​RpoN - sigmafaktor för kvävebegränsning

Det finns också anti-sigma-faktorer som hämmar sigmafaktorernas funktion och anti-sigmafaktorer som återställer sigmafaktorns funktion.

Struktur

Sigmafaktorer har fyra huvuddelar som vanligtvis finns i alla sigmafaktorer:

Huvuddelarna är ytterligare uppdelade (till exempel 2 inkluderar 2.1, 2.2, etc.)

• Region 1.1 finns endast i "primära sigmafaktorer" (RpoD, RpoS i E. coli). Det säkerställer bindningen av sigmafaktorn till promotorn endast när den är i komplex med RNA-polymeras.
• Region 2.4 känner igen och binder till -10-elementet i promotorn (det kallas " Pribnow-rutan ").
• Region 4.2 känner igen och binder till -35-promotorelementet.

Det enda undantaget från denna regel är sigmafaktorn av typen σ 54 . Proteiner homologa med σ 54 (RpoN) är funktionella sigmafaktorer men har signifikant olika aminosyrasekvenser.

Fördröjning under transkriptionsförlängning

Det grundläggande RNA-polymeraset (bestående av 2 alfa (α), 1 beta (β), 1 beta bar (β') och 1 omega (ω) subenheter) binder sigmafaktorn för att bilda ett komplex som kallas RNA-polymeras holoenzym . Tidigare trodde man att holoenzymet initierar transkription, medan huvud-RNA-polymeraset (kärnenzym) självständigt syntetiserar RNA. Således trodde man att sigmafaktorn skulle dissociera under övergången från transkriptionsinitiering till transkriptionell förlängning (denna övergång kallas "promotorflykt"). Denna uppfattning baserades på analysen av renade RNA-polymeraskomplex som stannade under initiering och förlängning. Slutligen förutspår strukturella modeller av RNA-polymeraskomplex att när den begynnande RNA-produkten blir längre än ~15 nukleotider, måste sigmaet "skjutas ut" ur holoenzymet eftersom sterisk kollision inträffar mellan RNA:t och sigmadomänen. En nyligen genomförd studie visade dock att σ 70 kan förbli bunden i komplex med kärn-RNA-polymeraset, åtminstone under tidig förlängning. [5] Faktum är att fenomenet med den proximala pausen indikerar att sigma spelar en roll i tidig transkriptionell förlängning. Alla studier överensstämmer med förslaget att "promotorflykt" förkortar livstiden för interaktionen mellan sigmafaktorn och RNA-polymeraskärnenzym från att vara mycket lång i början (för lång för att mätas i ett typiskt biokemiskt experiment) till en kortare , mätbar livslängd vid övergång till förlängningsstadiet.

σ cykel

Man har länge trott att σ-faktorn nödvändigtvis lämnar huvudenzymet (kärnenzym) så snart den initierar transkription, vilket tillåter den fria σ-faktorn att binda till ett annat kärnenzym och initiera transkription på ett annat ställe. Således går σ-faktorn från ett kärnenzym till ett annat. Men Richard Ebright och kollegor, med hjälp av fluorescensresonansenergiöverföringsmetoden (FRET), visade senare att σ-faktorn inte nödvändigtvis lämnar kärnenzymet. [5] Istället ändrar σ-faktorn sin bindning till kärnenzymet under initiering och förlängning. Därför cirkulerar σ-faktorn mellan ett starkt bundet tillstånd under initiering och ett löst bundet tillstånd under transkriptionell förlängning.

Se även

• Allmänna transkriptionsfaktorer
• Transkriptionsfaktorer
• TFIIB

Anteckningar

1. ↑ 1 2 3 4 5 Gruber TM, Gross CA (2003). "Flera sigma-underenheter och uppdelningen av bakteriellt transkriptionsutrymme". Årlig översyn av mikrobiologi. 57:441–66. DOI : 10.1146/annurev.micro.57.030502.090913 Arkiverad 6 november 2018 på Wayback Machine . PMID 14527287 Arkiverad 23 december 2018 på Wayback Machine .
2. ↑ Burton SP, Burton ZF (6 november 2014). "σ-gåtan: bakteriella σ-faktorer, arkeal TFB och eukaryot TFIIB är homologer" . Transkription. 5 (4): DOI : 10.4161/21541264.2014.967599 Arkiverad 1 februari 2022 på Wayback Machine . PMC 4581349 . PMID 25483602 Arkiverad 23 december 2018 på Wayback Machine .
3. ↑ Ho TD, Ellermeier CD (april 2012). "Extra cytoplasmatisk funktion σ faktoraktivering" . Aktuell åsikt i mikrobiologi. 15(2): 182–8. DOI : 1016/j.mib.2012.01.001 . PMC 3320685 . PMID 22381678 Arkiverad 23 december 2018 på Wayback Machine .
4. ↑ Sharma UK, Chatterji D. Transcriptional switching in Escherichia coli under stress och svält genom modulering av sigmaaktivitet  //  FEMS Microbiology Reviews: journal. - 2010. - September ( vol. 34 , nr 5 ). - s. 646-657 . - doi : 10.1111/j.1574-6976.2010.00223.x . — PMID 20491934 .
5. ↑ 1 2 Kapanidis AN, Margeat E., Laurence TA, Doose S., Ho SO, Mukhopadhyay J., Kortkhonjia E., Mekler V., Ebright RH, Weiss S. Retention of transcription initiation factor sigma70 in transcription elongation: single- molekylanalys  //  Molecular Cell : journal. - 2005. - November ( vol. 20 , nr 3 ). - s. 347-356 . - doi : 10.1016/j.molcel.2005.10.012 . — PMID 16285917 .

Ordböcker och uppslagsverk	Britannica (online)