Сигма-фактор ( σ-фактор ) - это белок, необходимый для инициации транскрипции у бактерий . Это бактериальный фактор инициации транскрипции, который обеспечивает специфическое связывание РНК-полимеразы (RNAP) с промоторами генов. Он гомологичен фактору транскрипции B у архей и эукариотическому фактору TFIIB . Конкретный сигма-фактор, используемый для инициации транскрипции данного гена , будет варьироваться в зависимости от гена и от сигналов окружающей среды, необходимых для инициации транскрипции этого гена. Выбор промоторов с помощью РНК-полимеразы зависит от сигма-фактора, который ассоциируется с ним .

Сигма-фактор вместе с РНК-полимеразой известен как РНК-полимераза-холофермент. Каждая молекула холофермента РНК-полимеразы содержит ровно одну субъединицу сигма-фактора. Количество сигма-факторов различается у разных видов бактерий. У кишечной палочки есть семь сигма-факторов. Сигма-факторы отличаются своим характерным молекулярным весом . Например, σ ⁷⁰ - это сигма-фактор с молекулярной массой 70 кДа .

Сигма-фактор в комплексе холофермента РНК-полимеразы необходим для инициации транскрипции, хотя, как только эта стадия заканчивается, он диссоциируется от комплекса, и РНК-полимераза продолжает элонгацию самостоятельно.

Специализированные сигма-факторы

Различные сигма-факторы используются в разных условиях окружающей среды. Эти специализированные сигма-факторы связывают промоторы генов, соответствующие условиям окружающей среды, увеличивая транскрипцию этих генов.

Сигма-факторы кишечной палочки :

• σ ⁷⁰ (RpoD) - σ ^A - сигма-фактор «домашнего хозяйства» или также называемый первичный сигма-фактор , транскрибирует большинство генов в растущих клетках. Каждая клетка имеет сигма-фактор «домашнего хозяйства», который поддерживает работу важных генов и путей. В случае кишечной палочки и других грамотрицательных палочковидных бактерий сигма "домашнего хозяйства" - σ ⁷⁰ . Все гены, распознаваемые σ ⁷⁰ , содержат сходные консенсусные последовательности промотора , состоящие из двух частей. Консенсусные промоторные последовательности обычно находятся в 10 и 35 нуклеотидах относительно основания ДНК, соответствующего началу РНК-транскрипта (позиции -10 и -35 перед стартовой точкой).
• σ ¹⁹ ​​FecI - сигма-фактор, регулирующий ген fec для транспорта трехвалентного железа
• σ ²⁴ ​​ RpoE - сигма-фактор экстрацитоплазматического / экстремального теплового стресса
• σ ²⁸ ​​ RpoF - жгутиковый сигма-фактор
• σ ³² RpoH - сигма-фактор теплового шока, включается при воздействии тепла на бактерию. Из-за более высокой экспрессии фактор будет с высокой вероятностью связываться с кор-ферментом РНК-полимеразы. При этом экспрессируются другие белки теплового шока, которые позволяют клетке выживать при более высоких температурах. Некоторые из ферментов, которые экспрессируются при активации σ ³² , представляют собой шапероны, протеазы и ДНК-репаративные ферменты.
• σ ³⁸ ​​ - сигма-фактор голодной / стационарной фазы
• σ ⁵⁴ ​​ RpoN - сигма-фактор ограничения азота

Существуют также , которые ингибируют функцию сигма-факторов, и анти-анти-сигма-факторы, которые восстанавливают функцию сигма-фактора.

Структура

Sigma70 region 1.2
Crystal structure of Thermus aquaticus RNA polymerase sigma subunit fragment containing regions 1.2 to 3.1
Идентификаторы
Символ	Sigma70_r1_2
Pfam
Доступные структуры белков
Pfam
PDB	; ;

Sigma70 region 2
Crystal structure of a sigma70 subunit fragment from Escherichia coli RNA polymerase
Идентификаторы
Символ	Sigma70_r2
Pfam
Pfam clan
Доступные структуры белков
Pfam
PDB	; ;

Sigma70 region 3
Solution structure of sigma70 region 3 from Thermotoga maritima
Идентификаторы
Символ	Sigma70_r3
Pfam
Pfam clan
Доступные структуры белков
Pfam
PDB	; ;

Sigma70 region 4
Solution structure of sigma70 region 4 from Thermotoga maritima
Идентификаторы
Символ	Sigma70_r4
Pfam
Pfam clan
Доступные структуры белков
Pfam
PDB	; ;

Sigma70 region 4.2
Crystal structure of Escherichia coli sigma70 region 4 bound to its -35 element DNA
Идентификаторы
Символ	Sigma70_r4_2
Pfam
Pfam clan
Доступные структуры белков
Pfam
PDB	; ;

Сигма-факторы имеют четыре основные части, которые обычно присутствуют во всех сигма-факторах:

N-конец --------------------- C-конец
          1.1    2    3    4

Основные части дополнительно подразделяются (например, 2 включает в себя 2.1, 2.2 и т. д.)

• Область 1.1 обнаруживается только в «первичных сигма-факторах» (RpoD, RpoS у кишечной палочки). Он обеспечивает связываемость сигма-фактора с промотором только тогда, когда он находится в комплексе с РНК-полимеразой.
• Регион 2.4 распознает и связывается с -10-элементом промотора (он называется « Прибнов-бокс »).
• Регион 4.2 распознает и связывается с -35-элементом промотора.

Единственным исключением из этой правила является сигма-фактор типа σ ⁵⁴ . Белки, гомологичные σ ⁵⁴ (RpoN), являются функциональными сигма-факторами, но имеют существенно отличающиеся аминокислотные последовательности.

Задержка во время элонгации при транскрипции

Основная РНК-полимераза (состоящая из 2 альфа (α), 1 бета (β), 1 бета-штрих (β ') и 1 омега (ω) субъединиц) связывает сигма-фактор с образованием комплекса, называемого холоферментом РНК-полимеразы . Ранее считалось, что холофермент инициирует транскрипцию, в то время как основная РНК-полимераза (кор-фермент) самостоятельно синтезирует РНК. Таким образом, было принято мнение, что сигма-фактор должен диссоциировать при переходе от инициации транскрипции к элонгации транскрипции (этот переход называется «побегом промотора»). Эта точка зрения была основана на анализе очищенных комплексов РНК-полимеразы, застопорившихся при инициации и при элонгации. Наконец, структурные модели комплексов РНК-полимеразы предсказывают, что, поскольку растущий продукт РНК становится длиннее ~ 15 нуклеотидов, сигма должна быть «вытолкнута» из холофермента, поскольку между РНК и сигма-доменом происходит стерическое столкновение. Тем не менее, недавнее исследование показало, что σ ⁷⁰ может оставаться связанным в комплексе с основной РНК-полимеразой, по крайней мере, во время ранней элонгации. Действительно, феномен промоторно-проксимальной паузы указывает на то, что сигма играет роль в ранней элонгации транскрипции. Все исследования согласуются с предположением, что «побег промотора» сокращает время жизни взаимодействия сигма-фактора с кор-ферментом РНК-полимеразы с очень длинного в начале (слишком длинного, чтобы быть измеренным в типичном биохимическом эксперименте) до более короткого, измеримого времени жизни при переходе к этапу элонгации.

σ цикл

Долгое время считалось, что σ-фактор обязательно покидает основной фермент (кор-фермент), как только он инициирует транскрипцию, позволяя свободному σ-фактору связываться с другим кор-ферментом и инициировать транскрипцию в другом сайте. Таким образом, σ-фактор переходит от одного кор-фермента к другому. Однако Ричард Эбрайт и его коллеги, используя метод передачи энергии флуоресцентного резонанса (FRET), позже показали, что σ-фактор не обязательно покидает кор-фермент. Вместо этого σ-фактор изменяет свою связь с кор-ферментом во время инициации и удлинения. Следовательно, σ-фактор циклически переходит между сильно связанным состоянием во время инициирования и слабосвязанным состоянием во время элонгации транскрипции.

См. также

• Общие факторы транскрипции
• Факторы транскрипции

Примечания