En genética , un terminador de transcripción es una sección de la secuencia de ácido nucleico que marca el final de un gen u operón en el ADN genómico durante la transcripción . Esta secuencia media la terminación de la transcripción al proporcionar señales en el ARN de transcripción recién sintetizado que desencadenan procesos que liberan el ARN de transcripción del complejo transcripcional . Estos procesos incluyen la interacción directa de la estructura secundaria del ARNm con el complejo y/o las actividades indirectas de los factores de terminación reclutados . La liberación del complejo transcripcional libera la ARN polimerasa y la maquinaria transcripcional relacionada para comenzar la transcripción de nuevos ARNm.
Se han identificado dos clases de terminadores de transcripción, dependientes de Rho e independientes de Rho, en los genomas procariotas . Estas secuencias ampliamente distribuidas son responsables de desencadenar el final de la transcripción tras la finalización normal de la transcripción de un gen o un operón , de mediar la terminación temprana de las transcripciones como un medio de regulación como el observado en la atenuación transcripcional , y de asegurar la terminación de complejos transcripcionales descontrolados que logran escapar de terminadores anteriores por casualidad, lo que evita un gasto innecesario de energía para la célula.
Los terminadores de transcripción dependientes de Rho requieren una proteína grande llamada factor Rho que exhibe actividad de helicasa de ARN para interrumpir el complejo transcripcional ARNm-ADN-ARN polimerasa. Los terminadores dependientes de Rho se encuentran en bacterias y fagos . El terminador dependiente de Rho se produce aguas abajo de los codones de parada de la traducción y consiste en una secuencia no estructurada, rica en citosina en el ARNm conocida como sitio de utilización de Rho ( rut ), [1] y un punto de parada de la transcripción aguas abajo ( tsp ). El rut sirve como un sitio de carga de ARNm y como un activador para Rho; la activación permite a Rho hidrolizar ATP de manera eficiente y translocar hacia abajo en el ARNm mientras mantiene contacto con el sitio rut. Rho puede alcanzar a la ARN polimerasa porque está estancada en los sitios tsp aguas abajo . Múltiples secuencias diferentes pueden funcionar como un sitio tsp. [2] El contacto entre Rho y el complejo de ARN polimerasa estimula la disociación del complejo transcripcional a través de un mecanismo que involucra efectos alostéricos de Rho sobre la ARN polimerasa. [3] [4]
Los terminadores de transcripción intrínsecos o los terminadores independientes de Rho requieren la formación de una estructura de horquilla autohibridante en la transcripción que se elonga, lo que da como resultado la interrupción del complejo ternario ARNm-ADN-ARN polimerasa . La secuencia del terminador en el ADN contiene una región rica en GC de 20 pares de bases de simetría diádica seguida de un tracto poli-A corto o "tramo A" que se transcribe para formar la horquilla de terminación y un "tracto U" de 7-9 nucleótidos respectivamente. Se plantea la hipótesis de que el mecanismo de terminación ocurre a través de una combinación de promoción directa de la disociación a través de efectos alostéricos de las interacciones de unión de la horquilla con la ARN polimerasa y "cinética competitiva". La formación de la horquilla provoca el estancamiento y la desestabilización de la ARN polimerasa, lo que lleva a una mayor probabilidad de que la disociación del complejo ocurra en esa ubicación debido al mayor tiempo que pasa en pausa en ese sitio y la menor estabilidad del complejo. [5] [6] Además, el factor de proteína de elongación NusA interactúa con la ARN polimerasa y la estructura de horquilla para estimular la terminación transcripcional. [7]
En la transcripción eucariota de ARNm, las señales de terminación son reconocidas por factores proteicos que están asociados con la ARN polimerasa II y que desencadenan el proceso de terminación. El genoma codifica una o más señales de poliadenilación . Una vez que las señales se transcriben en el ARNm, las proteínas factor de especificidad de escisión y poliadenilación (CPSF) y factor de estimulación de escisión (CstF) se transfieren desde el dominio carboxilo terminal de la ARN polimerasa II a la señal poli-A. Estos dos factores luego reclutan otras proteínas al sitio para escindir la transcripción, liberando el ARNm del complejo de transcripción y agregando una cadena de aproximadamente 200 repeticiones A al extremo 3' del ARNm en un proceso conocido como poliadenilación . Durante estos pasos de procesamiento, la ARN polimerasa continúa transcribiendo durante varios cientos a unos pocos miles de bases y finalmente se disocia del ADN y la transcripción corriente abajo a través de un mecanismo poco claro; hay dos modelos básicos para este evento conocidos como los modelos torpedo y alostérico. [8] [9]
Una vez que el ARNm se completa y se escinde en la secuencia señal de poli-A, la hebra de ARN sobrante (residual) permanece unida a la plantilla de ADN y a la unidad de ARN polimerasa II , y continúa transcribiéndose. Después de esta escisión, una llamada exonucleasa se une a la hebra de ARN residual y elimina los nucleótidos recién transcritos de uno en uno (lo que también se denomina "degradación" del ARN), avanzando hacia la ARN polimerasa II unida. Esta exonucleasa es XRN2 (5'-3' Exoribonucleasa 2) en humanos. Este modelo propone que XRN2 procede a degradar el ARN residual sin capuchón de 5' a 3' hasta que alcanza la unidad de ARN polimerasa II. Esto hace que la exonucleasa "empuje" la unidad de ARN polimerasa II a medida que pasa por ella, terminando la transcripción y al mismo tiempo limpiando la hebra de ARN residual.
De manera similar a la terminación dependiente de Rho, XRN2 desencadena la disociación de la ARN polimerasa II al empujar la polimerasa fuera de la plantilla de ADN o al extraer la plantilla de la ARN polimerasa. [10] Sin embargo, el mecanismo por el cual esto sucede sigue sin estar claro y se ha cuestionado que no sea la única causa de la disociación. [11]
Para proteger el ARNm transcrito de la degradación por parte de la exonucleasa, se añade una tapa 5' a la cadena. Se trata de una guanina modificada que se añade al frente del ARNm y que evita que la exonucleasa se una a la cadena de ARN y la degrade. También se añade una cola poli(A) 3' al final de una cadena de ARNm para protegerla de otras exonucleasas.
El modelo alostérico sugiere que la terminación ocurre debido al cambio estructural de la unidad de ARN polimerasa después de unirse o perder algunas de sus proteínas asociadas, haciendo que se separe de la cadena de ADN después de la señal. [9] Esto ocurriría después de que la unidad de ARN pol II haya transcrito la secuencia señal poli-A, que actúa como una señal de terminación.
La ARN polimerasa normalmente es capaz de transcribir ADN en ARNm monocatenario de manera eficiente. Sin embargo, al transcribir sobre las señales de poli-A en la plantilla de ADN, se induce un cambio conformacional en la ARN polimerasa a partir de la pérdida propuesta de proteínas asociadas de su dominio carboxilo terminal . Este cambio de conformación reduce la procesividad de la ARN polimerasa , lo que hace que la enzima sea más propensa a disociarse de su sustrato ADN-ARN. En este caso, la terminación no se completa mediante la degradación del ARNm, sino que está mediada por la limitación de la eficiencia de elongación de la ARN polimerasa y, por lo tanto, aumenta la probabilidad de que la polimerasa se disocie y finalice su ciclo actual de transcripción. [8]
Las distintas ARN polimerasas de los eucariotas tienen sus propios medios de terminación. La pol I es detenida por TTF1 (levadura Nsi1), que reconoce una secuencia de ADN corriente abajo; la endonucleasa es XRN2 (levadura Rat1). La pol III es capaz de terminar en su propio tramo de As en la cadena molde. [12]
Por último, la Pol II también tiene modos de terminación independientes de poli(A), lo que es necesario cuando transcribe genes snRNA y snoRNA en levaduras. La proteína de levadura Nrd1 es responsable. [9] Algún mecanismo humano, posiblemente PCF11, parece causar la terminación prematura cuando la pol II transcribe genes del VIH. [13]