RNAの伸長は、初期転写における開始因子構造モジュールの段階的な変位を駆動する

RNA extension drives a stepwise displacement of an initiation-factor structural module in initial transcription.

• Lingting Li
• Vadim Molodtsov
• Wei Lin
• Richard H Ebright
• Yu Zhang

抄録

すべての生物（バクテリア、古細菌、および真核生物）は、RNAポリメラーゼ（RNAP）活性中心クレフト内に結合し、RNAP活性中心のすぐ近くにあるテンプレート鎖一本鎖DNA（ssDNA）と相互作用する構造モジュールを含む転写開始因子を有している。この転写開始因子構造モジュールは、テンプレート鎖ｓｓＤＮＡを予め組織化してＲＮＡＰ活性中心と係合させ、それによって開始ヌクレオチドの結合を促進し、開始モノヌクレオチドからの転写開始を可能にする。しかし、この転写開始因子構造モジュールは、初期のRNAの経路を占有しているため、おそらく最初の転写の前または途中で変位しなければならない。ここでは、細菌の初期転写複合体の4つの結晶構造を報告し、細菌の転写開始因子σの「σ-指」の段階的なRNA伸長駆動型の変位の詳細を示し、定義する。この構造は、一次σ因子と細胞質外(ECF)σ因子、そして5'-三リン酸RNAと5'-ヒドロキシRNAの両方について、"σ-指"が段階的に変位し、段階的に折り返されることを明らかにしました。

All organisms-bacteria, archaea, and eukaryotes-have a transcription initiation factor that contains a structural module that binds within the RNA polymerase (RNAP) active-center cleft and interacts with template-strand single-stranded DNA (ssDNA) in the immediate vicinity of the RNAP active center. This transcription initiation-factor structural module preorganizes template-strand ssDNA to engage the RNAP active center, thereby facilitating binding of initiating nucleotides and enabling transcription initiation from initiating mononucleotides. However, this transcription initiation-factor structural module occupies the path of nascent RNA and thus presumably must be displaced before or during initial transcription. Here, we report four sets of crystal structures of bacterial initially transcribing complexes that demonstrate and define details of stepwise, RNA-extension-driven displacement of the "σ-finger" of the bacterial transcription initiation factor σ. The structures reveal that-for both the primary σ-factor and extracytoplasmic (ECF) σ-factors, and for both 5'-triphosphate RNA and 5'-hydroxy RNA-the "σ-finger" is displaced in stepwise fashion, progressively folding back upon itself, driven by collision with the RNA 5'-end, upon extension of nascent RNA from ∼5 nt to ∼10 nt.