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Modello di terminazione intrinseca NusA-dipendente e NusG-dipendente della trascrizione del DNA in RNA. Un nuovo studio mostra che NusA e NusG insieme facilitano la terminazione in circa l’88% dei terminatori intrinseci nei batteri Bacillus subtilis, aiutando a prevenire la trascrizione indesiderata. (1) Durante l’allungamento della trascrizione, NusA e NusG si legano alla RNA polimerasi (blu). (2) NusA aiuta con la formazione di forcine di RNA necessaria per la terminazione intrinseca e NusG aiuta a sospendere la trascrizione consentendo il tempo per la formazione di forcine. (3) La trascrizione dell’RNA viene rilasciata.
CREDITO
Babitzke Laboratory e Dani Zemba, Penn State

Lo studio descrive un nuovo meccanismo per terminare la trascrizione del DNA in RNA nei batteri

La proteina, nota come NusG, mette in pausa il meccanismo di trascrizione in specifiche sequenze di DNA per facilitare quella che viene chiamata “terminazione intrinseca” e prevenire trascrizioni indesiderate che potrebbero interrompere la funzione cellulare.

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Un nuovo studio, condotto dai ricercatori della Penn State, mostra che NusG e la relativa proteina, NusA, insieme facilitano la terminazione a circa l’88% dei terminatori intrinseci nei batteri Bacillus subtilis. La comprensione di questo processo espande la nostra conoscenza di base di questa funzione cellulare chiave e potrebbe eventualmente aiutare nello sviluppo di antibiotici che mirano e interrompono la regolazione genica nei batteri. Un documento che descrive la ricerca appare online sulla rivista eLife .

“Affinché una cellula possa accedere alle informazioni genetiche immagazzinate nel DNA, deve prima essere trascritto nell’RNA da un enzima chiamato RNA polimerasi”, ha detto Zachary F. Mandell, uno studente laureato alla Penn State e primo autore dell’articolo. “Questo processo è altamente coordinato per garantire che i geni giusti siano espressi al momento giusto e ai livelli appropriati per il corretto funzionamento della cellula. Siamo interessati a comprendere i meccanismi che consentono alla cellula di interrompere la trascrizione in punti precisi lungo il genoma. “

La corretta regolazione dell’espressione genica avviene in tre fasi fondamentali. Innanzitutto, la trascrizione viene avviata dalla RNA polimerasi che si lega al DNA all’inizio della sequenza che viene trascritta. NusA e NusG si legano quindi all’RNA polimerasi durante il processo di allungamento per creare una copia di RNA della sequenza di DNA. Infine, la trascrizione deve essere terminata nei punti appropriati del genoma.

“L’interruzione della trascrizione è particolarmente importante nei batteri perché i geni sono strettamente uniti lungo il genoma, in modo tale che la mancata interruzione della trascrizione nei punti giusti potrebbe portare a un’espressione genica inappropriata”, ha affermato Paul Babitzke, professore di biochimica e biologia molecolare alla Penn State e il capo del gruppo di ricerca.

I meccanismi di terminazione nei batteri sono stati tradizionalmente classificati come “fattore-dipendente”, che si basa su una proteina chiamata Rho, o terminazione intrinseca, che si pensava fosse “indipendente dal fattore”. La terminazione intrinseca si basa su una struttura a forcella dell’RNA che si forma nella molecola di RNA prodotta, che causa il rilascio dell’RNA dal meccanismo di trascrizione.

NusG e NusA sono entrambe proteine ??classificate come fattori di trascrizione che aiutano a regolare l’espressione genica e fanno parte del complesso di proteine ??che leggono e trascrivono il DNA durante l’allungamento. NusA interagisce con la molecola di RNA prodotta e NusG può legarsi al DNA per interrompere l’allungamento. Sulla base di ricerche precedenti, si ritiene che NusA svolga un ruolo nella terminazione intrinseca aiutando la formazione della forcina dell’RNA, ma il ruolo di NusG nella terminazione non è stato stabilito.

Per esplorare ulteriormente il ruolo di queste due proteine ??nella terminazione intrinseca, il team di ricerca ha prodotto ceppi di batteri privi di NusA, privi di NusG e privi sia di NusA che di NusG. Hanno quindi utilizzato una tecnica da loro inventata chiamata “Term-Seq”, in cui possono conservare e identificare le estremità di tutte le molecole di RNA prodotte nei loro ceppi batterici. Le estremità di RNA dei ceppi mutanti potrebbero quindi essere confrontate con le molecole di RNA di batteri con NusA e NusG normalmente funzionanti.

“Abbiamo scoperto che alcuni siti di terminazione intrinseca dipendevano da NusA, alcuni da NusG, alcuni da NusA o NusG, e alcuni richiedevano entrambi”, ha detto Mandell. “Siamo rimasti un po ‘sorpresi dal ruolo importante che queste due proteine ??giocano nella terminazione intrinseca. Un totale dell’88% di tutti i siti di terminazione intrinseca si basava su NusA o NusG in qualche modo. La terminazione intrinseca non è chiaramente completamente” indipendente dai fattori “. “

I ricercatori stanno ancora studiando il ruolo preciso che le proteine ??Nus giocano nella terminazione della trascrizione.

“Riteniamo che NusA aiuti direttamente nella formazione delle forcine necessarie per la terminazione intrinseca e che NusG stia sospendendo l’allungamento nei siti di terminazione per dare alla forcina ulteriore tempo per formarsi”, ha detto Babitzke.

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Oltre a Mandell e Babitzke, il gruppo di ricerca comprende Rishi Vishwakarma alla Penn State, Reid T. Oshiro e Daniel B. Kearns all’Indiana University, e Alexander V. Yakhnin e Mikhail Kashlev al National Cancer Institute. La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health degli Stati Uniti.

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