Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

198 Экспрессия генетического материала

Рис. 15.23. Аминокислотные последовательности лидерных полипептидов, предсказанные на основании нуклеотидных последовательностей пяти оперонов биосинтеза аминокислот Е. соli и S. typhimuritan.

(рис. 15.22). В этом случае может образоваться структура 2:3, предотвращающая возникновение альтернативной структуры 3:4. То есть «торможение» рибосомы препятствует формированию терминаторной структуры и позволяет РНК-полимеразе продолжить транскрипцию за лидерный участок ДНК и тем самым достигнуть области структурных генов оперона. С другой стороны, в присутствии значительных количеств триптофана и соответственно триптофанил-тРНК^Trp рибосома не задерживается в области соответствующих кодонов и тем самым не дает возможности образоваться петле 2:3. Это в свою очередь делает возможным формирование терминаторной петли (3 :4) после того, как произойдет транскрипция соответствующего участка лидерной последовательности ДНК (рис. 15.22). Образование терминаторной петли вызывает обрыв транскрипции на участке, содержащем подряд несколько уридиновых остатков (отмечен на рис. 15.21).

Данная модель аттенуации применима и к другим оперонам биосинтеза аминокислот. В каждом случае определенные кодоны располагаются в лидерном транскрипте таким образом, что задержка рибосомы, связанная с нехваткой соответствующих аминокислот, так влияет на вторичную структуру образующегося транскрипта, что формирование терминаторной петли становится невозможным.

Эта модель подтверждается экспериментами по изучению in vitro транскрипции фрагментов ДНК, содержащих лидерную часть trp-onepoна. Эти эксперименты показали, что РНК-полимераза на некоторое время задерживается около нуклеотида в положении 90 образующегося транскрипта (см. рис. 15.21), прежде чем продолжить транскрипцию оставшейся части лидерной последовательности. Такая задержка может быть связана с образованием шпильки 1 :2 за ферментом. Вероятно, благодаря возникшей паузе первая рибосома успевает начать трансляцию и «догнать» РНК-полимеразу.

Тесное сопряжение процессов транскрипции и трансляции может объяснить полярные эффекты nonsense-мутаций. В норме рибосомы следуют непосредственно за РНК-полимеразой, направляя трансляцию образующихся участков мРНК «по мере поступления». При введении nonsense-мутаций на участке, где в норме трансляция должна продолжаться, возникает стоп-кодон, рибосомы отделяются от новообразованной мРНК и более не следуют за РНК-полимеразой. Имеются некоторые указания на то, что криптические терминаторные последователь-

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

15. Регуляция экспрессии генов у прокариот 199

ности содержатся во многих структурных генах. Считают, что, когда рибосомы перестают следовать за РНК-полимеразой, эти криптические последовательности могут формировать терминаторные шпильки в новообразованной мРНК, что вызывает остановку транскрипции до завершения считывания всего оперона. В норме продвижение рибосом по образующейся цепи мРНК предотвращает формирование этих терминаторных шпилек.

Антитерминационный белок N фага λ, вероятно, проявляет свою активность, оказывая влияние на взаимодействие рибосом с РНК-полимеразой. Вспомните, что белок N действует на участках nut (также формирующих шпильки в структуре образующихся мРНК), модифицируя РНК-полимеразу таким образом, что она после этого перестает «замечать» большинство терминаторных последовательностей. Отбор мутантов E.coli, в которых белок N оказывается нефункциональным, позволил выявить существование клеточного гена nus A (от англ. N undersupplied). Белок, продукт этого гена, входит в состав активного транскрипционного комплекса, образуемого РНК-полимеразой (см. гл. 11). Считают, что мутация nus A изменяет этот белок таким образом, что он становится нечувствительным к действию белка N. Это свидетельствует о том, что белок N на участке nut модифицирует РНК-полимеразу за счет непосредственного взаимодействия с белком nus А.

Очевидно, что процесс терминации транскрипции весьма сложен. Анализ влияния различных мутаций на протекание таких сложных процессов даст возможность определить круг ферментов, участвующих в них, сформулировать модели соответствующих механизмов. Этот и другие рассмотренные нами примеры иллюстрируют широкие возможности генетического анализа.