本質的終結

内因性終結、またはrho 非依存的終結は、転写の終了を知らせ、新しく構築されたRNA分子を放出するプロセスです。大腸菌などの細菌では、転写は rho 依存的プロセスまたは rho 非依存的プロセスのいずれかによって終結します。Rho 依存的プロセスでは、rho タンパク質がmRNA 内のシグナル配列を見つけて結合し、切断のシグナルを送ります。対照的に、内因性終結は、終結のシグナルを送るために特別なタンパク質を必要とせず、RNA の特定の配列によって制御されます。終結プロセスが始まると、転写された mRNA は安定した二次構造ヘアピンループ (ステムループとも呼ばれます) を形成します。この RNA ヘアピンの後には、複数のウラシルヌクレオチドが続きます。ウラシル(rU) とアデニン(dA)の結合は非常に弱いです。RNA ポリメラーゼに結合したタンパク質 (nusA) は、ポリメラーゼを一時的に停止させるのに十分な強さでステムループ構造に結合します。このポリメラーゼの一時停止は、ポリウラシル配列の転写と同時に起こります。弱いアデニン-ウラシル結合により、RNA-DNA 二重鎖の不安定化エネルギーが低下し、RNA ポリメラーゼから解離しやすくなります。全体として、RNA 構造の修正により転写が終了します。

ポリウラシル配列が続かないステムループ構造は RNA ポリメラーゼを一時停止させますが、二重鎖が安定しすぎて十分にほどけて転写が終結しないため、通常はしばらくすると転写が継続されます。

Rho 非依存性転写終結は、リボスイッチなどのシス作用 RNA 調節要素の活性の基盤となる頻繁なメカニズムです。

内因性終結の目的は、三元伸長複合体 (TEC)の解離をシグナルして転写を終了させることです。内因性終結はタンパク質Rhoに依存しませんが、細菌の Rho タンパク質が入り込んで RNA ポリメラーゼに作用し、解離を引き起こします。^{[1]この場合、余分なタンパク質はなく、転写物は独自のループ構造を形成します。したがって、内因性終結は転写のレベルも制御し、一定期間内に遺伝子を転写できる}ポリメラーゼの数を決定し、隣接する染色体との相互作用を防ぐのに役立ちます。^[1]

このプロセス自体は、通常ヘアピン構造の修正を通じて、正と負の両方の終結因子によって制御されます。これは、ループの上流領域に対応する一本鎖RNAとの相互作用によって達成され、終結プロセスの妨害をもたらします。さらに、ヘアピンの形成においていくつかの重要なコンポーネントのリクルートメントに関与しているため、ナット部位も制御に寄与している可能性があるという示唆があります。^[2]

内因性終結では、RNA転写産物は2倍になって自分自身と塩基対を形成し、RNAステムループ、またはヘアピン構造を形成する。この構造は、転写の終わりに転写産物とポリメラーゼの両方を放出するために重要である。^[3]生細胞では、主要な構成要素は安定したステムループ自体と、それに続く6〜8個のウラシル残基の配列である。 ^[3]ステムは通常、主にグアニンとシトシン（GC）の塩基対8〜9個で構成され、ループは4〜8個の残基で構成される。構造のステム部分は転写終結に不可欠であるが、ループはそうではないと考えられている。^[4]これは、ループを含まない非ネイティブ構造でも終結が達成できるという事実によって示唆されている。^[5]

ヘアピンの幹の部分は通常、GC塩基対に富んでいます。GC塩基対は、塩基スタッキング相互作用が大きく、互いに3つの水素結合を形成できるため、熱力学的に非常に有利です。逆に、ヘアピンに続くウラシルに富む配列は必ずしも終結に必要ではありませんが、 ^[6] UA結合はGC結合ほど強くないため、ウラシルに富む配列は内因的な終結を助けると仮定されています。^[4]この固有の不安定性は、RNA転写物の解離を速度論的に有利にするように作用します。^[4]

ステムの最適な長さを決定するために、研究者たちはその長さを変更し、終結がどのくらい早く起こるかを観察しました。^[3]ステムの長さが標準の8〜9塩基対の長さから長くなったり短くなったりすると、終結の効率が低下し、変化が十分に大きい場合は終結が完全に停止しました。^[3]

実験により、ステムの下流部分と同一のオリゴヌクレオチド配列が存在する場合、上流部分と塩基対を形成することが判明した。 ^[5]これにより、ネイティブのステムループ構造に類似しているが、末端のループが欠落した構造が作成されます。ループが存在しなくても、内因性終結は依然として発生する可能性があります。^[5]これは、ループが本質的に内因性終結に必要ではないことを示しています。^[要出典]

一般的に、ステムループに続くウラシルに富む配列が存在しない場合は転写が遅れたり一時停止したりするが、転写終結は完全に停止することはない。^[6]

内因性終結は、DNAとRNAに直接コード化されたシグナルによって指示される。シグナルはヘアピンとして現れ、3'末端に8つのウリジンが続く。これにより、伸長複合体が急速に解離する。ヘアピンは、RNA-DNA結合部位およびこの複合体をまとめている他の部位での相互作用を弱めることで、TECを不活性化および不安定化する。ウラシルの伸長によって引き起こされる一時停止は重要であり、ヘアピン形成のための時間を提供する。Uトラクトがない場合、ヘアピン形成は効率的な終結をもたらさないため、このプロセスにおけるその重要性が示される。^[7]

伸長不安定化プロセスは4つの段階で起こる^[7]

1. RNAポリメラーゼが終結U-トラクトの最後のヌクレオチドを転写すると、U-トラクトの終わりで一時停止し、伸長と終結の間の速度論的競合において終結経路を優先する。
2. ターミネーターヘアピン（Thp）核形成
3. ヘアピンの完成と伸長複合体の不活性化
4. 伸長複合体の解離完全なメカニズムには、ポリメラーゼ、RNA ターミネーター ヘアピン、および dT に富むテンプレート配列の特定の相互作用が関与していると考えられます。

内因性終結阻害剤に関しては、まだ多くのことがわかっていません。知られている数少ない例の 1 つがバクテリオファージタンパク質 7 です。これは、P7-NusA-TEC と P7-TEC の 3.4A と 4.0A クライオ電子顕微鏡構造で構成されています。^[8]このバクテリオファージタンパク質 7 は、RNA ポリメラーゼ (RNAP) RNA 出口チャネルをブロックし、内因性終結因子での RNA ヘアピン形成を阻害することで、転写終結を停止します。さらに、バクテリオファージタンパク質 7 は RNAP クランプ動作を阻害します。^[8] RNAP の C 末端ハーフヘリックスを短くすると、阻害活性がわずかに低下します。これらの RNAP クランプ動作は、細菌 RNAP の他の阻害剤によって標的にされています。これらの阻害剤には、ミクソピロニン、コラロピロニン、リポスタチンが含まれます。これらは異性化を阻害することで作用します。^[8]

生命の3つのドメインすべてにおけるRNAポリメラーゼは、何らかの因子非依存的終結機構を持っています。正確なメカニズムと補助配列は異なりますが、それらはすべてポリウラシル領域を使用します。古細菌と真核生物では、ヘアピンは必要ないようである。^[9]

古細菌の転写は真核生物と細菌のつながりを共有しています。真核生物の場合、転写がTATAボックスホモログなどの適切な配列を識別するのに役立つ開始因子や、転写伸長を維持する因子との類似性を共有しています。ただし、プロセス全体が発生するには、細菌に見られるものと同様の追加の転写因子が必要です。^[9]

転写終結に関して、古細菌ゲノムは、内因性終結と因子依存性終結の両方に敏感であるという点で独特である。バイオインフォマティクス解析により、古細菌の遺伝子とオペロンの約半分がシグナルに配列するか、内因性終結のシグナルを含んでいることがわかった。^[10]古細菌RNAポリメラーゼは、ポリUに富む領域など、生体内および生体外の両方で内因性シグナルに反応する。しかし、細菌の内因性終結とは異なり、特定のRNA構造やヘアピンは必要ない。周囲の環境やその他のゲノム因子が終結に影響を与える可能性がある。^[10]

古細菌における因子依存性終結は、細菌における因子依存性終結とも異なる。^[9]終結因子aCASP1（FttAとしても知られる）はポリUに富む領域を認識し、おそらく「固有」モードと協力してより効率的な終結を達成する。^[11]

RNAポリメラーゼIIIは「内因性」終結を行う。RNAP IIIによって転写される遺伝子の大部分はポリ(dT)領域を持つ。しかし、ポリ(dT)はすべてのRNAポリメラーゼを停止させるが、それだけでは不十分ではない。他の何らかのメカニズムがクランプを不安定にしなければならない。RNAP IIIでは、一部のポリ(dT)部位は確かに時折リードスルーされる。遺伝子によっては、複数のそのような領域を持ち、異なる長さの転写産物が生成される。^[12]

rU:dAハイブリッドの不安定性は、RNAP IIIによる終結に不可欠である可能性が高い。コアサブユニットC1とC2の一部、および「サブ複合体」C53/37とC11は機能的に重要である。多くの外部要因が終結挙動を変更する可能性がある。^[12]

• ロー因子
• ウェブジェスター
• Trpオペロン