En genética , un terminador de la 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 transcripcional proporcionando señales en el ARN transcrito recién sintetizado que desencadenan procesos que liberan el ARN transcrito del complejo transcripcional . Estos procesos incluyen la interacción directa de la estructura secundaria del ARNm con las actividades complejas y/o 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 la transcripción, dependientes de Rho y independientes de Rho, en los genomas procarióticos . Estas secuencias ampliamente distribuidas son responsables de desencadenar el final de la transcripción tras la finalización normal de la transcripción del gen o del operón , mediar la terminación temprana de las transcripciones como un medio de regulación como el observado en la atenuación transcripcional y garantizar la terminación de los complejos transcripcionales desbocados que gestionan escapar de terminadores anteriores por casualidad, lo que evita un gasto innecesario de energía para la célula.
Los terminadores de la transcripción dependientes de Rho requieren una proteína grande llamada factor Rho que exhibe actividad de ARN helicasa para alterar el complejo transcripcional de 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 ). La rutina sirve como sitio de carga de ARNm y como activador de Rho; La activación permite a Rho hidrolizar eficientemente el ATP y translocar el ARNm mientras mantiene el contacto con el sitio de la rutina. Rho puede alcanzar la ARN polimerasa porque está detenida 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 terminadores independientes de Rho requieren la formación de una estructura de horquilla autocurable en la transcripción que se alarga, lo que da como resultado la alteración del complejo ternario de ARNm-ADN-ARN polimerasa . La secuencia terminadora en el ADN contiene una región de simetría diada rica en GC de 20 pares de bases seguida de un tracto poli-A corto o "estiramiento A" que se transcribe para formar la horquilla terminal y un "tracto U" de 7 a 9 nucleótidos, respectivamente. Se supone que el mecanismo de terminación se produce mediante una combinación de promoción directa de la disociación a través de efectos alostéricos de interacciones de unión en horquilla con la ARN polimerasa y "cinética competitiva". La formación de horquilla provoca el estancamiento y la desestabilización de la ARN polimerasa, lo que lleva a una mayor probabilidad de que se produzca la disociación del complejo en ese lugar debido al mayor tiempo de pausa en ese sitio y a la reducción de la estabilidad del complejo. [5] [6] Además, el factor proteico de elongación NusA interactúa con la ARN polimerasa y la estructura en horquilla para estimular la terminación transcripcional. [7]
En la transcripción eucariótica de ARNm, las señales de terminación son reconocidas por factores proteicos 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, el factor de especificidad de poliadenilación y escisión de las proteínas (CPSF) y el factor de estimulación de escisión (CstF) se transfieren desde el dominio carboxilo terminal de la ARN polimerasa II a la señal poli-A. Luego, estos dos factores reclutan otras proteínas en el sitio para escindir la transcripción, liberando el ARNm del complejo de transcripción, y agregan 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 transcribiéndose durante varios cientos a unos pocos miles de bases y finalmente se disocia del ADN y de la transcripción posterior mediante un mecanismo poco claro; Hay dos modelos básicos para este evento conocidos como modelo torpedo y alostérico. [8] [9]
Una vez que el ARNm se completa y se escinde en la secuencia señal poli-A, la cadena 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 cadena de ARN residual y elimina los nucleótidos recién transcritos uno por 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 proceda a degradar el ARN residual sin tapar desde 5' a 3' hasta alcanzar la unidad ARN pol II. Esto hace que la exonucleasa "empuje" la unidad de ARN pol II a medida que pasa, terminando la transcripción y al mismo tiempo limpiando la cadena de ARN residual.
De manera similar a la terminación dependiente de Rho, XRN2 desencadena la disociación de la ARN polimerasa II, ya sea empujando la polimerasa fuera de la plantilla de ADN o sacando 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 la exonucleasa, se añade una tapa 5' a la cadena. Se trata de una guanina modificada que se añade a la parte frontal del ARNm, lo que evita que la exonucleasa se una y degrade la cadena de ARN. Se agrega una cola poli(A) 3' al extremo de una cadena de ARNm para proteger también contra otras exonucleasas.
El modelo alostérico sugiere que la terminación se produce debido al cambio estructural de la unidad de ARN polimerasa después de unirse o perder algunas de sus proteínas asociadas, lo que hace que se desprenda de la cadena de ADN después de la señal. [9] Esto ocurriría después de que la unidad RNA pol II haya transcrito la secuencia señal poli-A, que actúa como una señal terminadora.
La ARN polimerasa normalmente es capaz de transcribir ADN en ARNm monocatenario de manera eficiente. Sin embargo, al transcribir las señales poli-A en la plantilla de ADN, se induce un cambio conformacional en la ARN polimerasa debido a 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 disocia y finalice su ciclo de transcripción actual. [8]
Las diversas ARN polimerasas de los eucariotas tienen cada una sus propios medios de terminación. Pol I es detenido por TTF1 (levadura Nsi1), que reconoce una secuencia de ADN posterior; la endonucleasa es XRN2 (levadura Rat1). Pol III es capaz de terminar sobre sí mismo en un tramo de As en la hebra plantilla. [12]
Finalmente, Pol II también tiene modos de terminación independientes de poli(A), lo cual es necesario cuando transcribe genes de snRNA y snoRNA en levadura. La proteína de levadura Nrd1 es la responsable. [9] Algún mecanismo humano, posiblemente PCF11, parece causar la terminación prematura cuando pol II transcribe genes del VIH. [13]