不完全な開始
T7 RNAポリメラーゼによる不完全サイクリング

不完全開始（abortive initiation）は、遺伝子転写の初期過程であり、RNAポリメラーゼがDNAプロモーターに結合し、短いmRNA転写産物の合成サイクルに入る。このmRNA転写産物は、転写複合体がプロモーターから離れる前に放出される。この過程は真核生物と原核生物の両方で起こる。不完全開始は、バクテリオファージおよび大腸菌のT3およびT7 RNAポリメラーゼにおいて典型的に研究されている。

全体的なプロセス

不完全開始はプロモーターのクリアランス前に起こる。[ 1 ]

  1. RNAポリメラーゼはプロモーターDNAに結合し、RNAポリメラーゼ-プロモーター閉鎖複合体を形成する。
  2. RNAポリメラーゼは転写開始部位の周囲のDNAを1回転ほどき、RNAポリメラーゼ-プロモーター複合体を形成する。
  3. RNAポリメラーゼは合成の不完全サイクルに入り、短いRNA産物（10ヌクレオチド未満）を放出する。
  4. RNAポリメラーゼはプロモーターから逃れ、転写の伸長段階に入る。

機構

不完全開始は転写の正常な過程であり、in vitroおよびin vivoの両方で起こる。[ 2 ]初期転写における 各ヌクレオチド付加ステップの後、RNAポリメラーゼは確率的に、プロモーター脱出経路（生産的開始）に進むか、RNA産物を放出してRNAポリメラーゼ-プロモーター開放複合体（不完全開始）に戻るかを選択する。転写のこの初期段階では、RNAポリメラーゼは転写複合体の解離が伸長過程とエネルギー的に競合する段階に入る。不完全サイクリングは、開始複合体とプロモーター間の強い結合によって引き起こされるわけではない。[ 3 ]

DNAを絞る

DNAスクランチ機構。転写初期には、RNAポリメラーゼ（RNAP）がプロモーター上に静止したまま、下流のDNAを巻き戻し、巻き取ります。

長年にわたり、RNAポリメラーゼが不完全開始時にDNA鎖に沿って移動するメカニズムは解明されていませんでした。転写開始時にRNAポリメラーゼがプロモーターから逃れないことが観察されていたため、酵素がどのようにしてDNA鎖を読み取って下流に移動することなく転写するのかは不明でした。ここ10年ほどの研究により、不完全開始にはDNAスクランチングが関与していることが明らかになりました。DNAスクランチングでは、RNAポリメラーゼは静止したまま下流のDNAを巻き戻し、転写複合体に引き込み、ヌクレオチドをポリメラーゼ活性部位に通過させることで、DNAを移動させることなく転写します。これにより、巻き戻されたDNAが酵素内に蓄積するため、「DNAスクランチング」と呼ばれます。不完全開始では、RNAポリメラーゼは巻き戻されたDNAの下流部分を巻き戻し、排出することでRNAを解放し、RNAポリメラーゼ-プロモーター複合体に戻ります。対照的に、生産的開始では、RNAポリメラーゼは巻き戻されたDNAの上流部分を巻き戻して排出し、RNAポリメラーゼとプロモーターとの相互作用を破壊してプロモーターから脱出し、転写伸長複合体を形成する。[ 1 ] [ 4 ]

2006年の論文では、DNAスクランチが初期転写に関与していることが示され、DNAスクランチ中に発生するストレスが不完全開始と生産的開始の両方の原動力となるという考えが提唱されました。[ 4 ]同年に発表された関連論文では、検出可能なDNAスクランチが転写サイクルの80%で発生し、急速なスクランチを検出する能力の限界（スクランチの20%は1秒未満の持続時間）を考慮すると、実際には100%であると推定されることが確認されました。[ 1 ]

2016年の論文では、転写開始部位の選択中にRNA合成の前にDNAスクランチングも起こることが示されました。[ 5 ]

関数

結果として生じる短縮RNA転写産物の機能については、広く受け入れられているものはない。しかし、1981年の研究では、生成される不完全転写産物の数と長いRNA鎖が生成されるまでの時間との間に相関関係があるという証拠が見出された。RNAポリメラーゼがATP、UTP、GTPの存在下で不完全転写を行うと、不完全転写の再利用能力が大幅に低下し、完全長RNA転写産物の合成速度が大幅に上昇する複合体が形成される。[ 6 ] 2010年の研究では、これらの短縮転写産物がRNAヘアピン依存性内因性ターミネーターによるRNA合成の終結を阻害するという証拠が見出された。[ 7 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c Revyakin A, Liu C, Ebright RH , Strick TR (2006). 「RNAポリメラーゼによる不完全開始と生産的開始にはDNAスクランチングが関与する」 . Science . 314 ( 5802): 1139–43 . Bibcode : 2006Sci...314.1139R . doi : 10.1126/science.11 ​​31398. PMC  2754787. PMID  17110577 .
  2. ^ Goldman S, Ebright RH , Nickels B (2009). 「 in vivoにおける不完全RNA転写産物の直接検出」 . Science . 324 (5929): 927– 928. Bibcode : 2009Sci...324..927G . doi : 10.1126 /science.11 ​​69237. PMC 2718712. PMID 19443781 .  
  3. ^ Martin CT, Muller DK, Coleman JE (1988). 「T7 RNAポリメラーゼによる転写初期段階におけるプロセッシング性」.生化学. 27 (11): 3966–74 . doi : 10.1021/bi00411a012 . PMID 3415967 . 
  4. ^ a b Kapanidis AN, Margeat E, Ho SO, Kortkhonjia E, Weiss S, Ebright RH (2006). 「RNAポリメラーゼによる初期転写はDNAスクランチング機構を介して進行する」 . Science . 314 (5802): 1144–7 . Bibcode : 2006Sci...314.1144K . doi : 10.1126/ science.11 ​​31399. PMC 2754788. PMID 17110578 .  
  5. ^ Winkelman JT, Vvedenskaya IO, Zhang Y, Zhang Y, Bird JG, Taylor DM, Gourse RL, Ebright RH, Nickels BE (2016). 「多重タンパク質-DNAクロスリンク：転写開始部位選択におけるスクランチング」 . Science . 351 ( 6277): 1090–3 . Bibcode : 2016Sci...351.1090W . doi : 10.1126/science.aad6881 . PMC 4797950. PMID 26941320 .  
  6. ^ Munson LM, Reznikoff WS (1981). 「不完全開始と長鎖リボ核酸合成」.生化学. 20 (8): 2081–5 . doi : 10.1021/bi00511a003 . PMID 6165380 . 
  7. ^ Lee S, Nguyen HM, Kang C (2010). 「小さな不完全開始転写産物はRNAヘアピン依存性内因性ターミネーターに対して抗終結活性を発揮する」 . Nucleic Acids Res . 38 (18): 6045–53 . doi : 10.1093/nar/gkq450 . PMC 2952870. PMID 20507918 .  
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