Factor sigma - Sigma factor
Un factor sigma ( factor σ o factor de especificidad ) es una proteína necesaria para el inicio de la transcripción en bacterias . Es un factor de iniciación de la transcripción bacteriana que permite la unión específica de la ARN polimerasa (RNAP) a los promotores de genes . Es homólogo al factor de transcripción de arqueas B y al factor eucariota TFIIB . El factor sigma específico utilizado para iniciar la transcripción de un gen determinado variará, dependiendo del gen y de las señales ambientales necesarias para iniciar la transcripción de ese gen. La selección de promotores por la ARN polimerasa depende del factor sigma que se asocia con él. También se encuentran en los cloroplastos de plantas como parte de la polimerasa codificada por plastidios (PEP) similar a una bacteria.
El factor sigma, junto con la ARN polimerasa, se conoce como holoenzima ARN polimerasa . Cada molécula de holoenzima de ARN polimerasa contiene exactamente una subunidad de factor sigma, que en la bacteria modelo Escherichia coli es una de las que se enumeran a continuación. El número de factores sigma varía entre las especies bacterianas. E. coli tiene siete factores sigma. Los factores sigma se distinguen por sus pesos moleculares característicos . Por ejemplo, σ 70 es el factor sigma con un peso molecular de 70 kDa .
El factor sigma en el complejo de holoenzima ARN polimerasa es necesario para el inicio de la transcripción, aunque una vez finalizada esa etapa, se disocia del complejo y el RNAP continúa alargándose por sí solo.
Factores sigma especializados
Se utilizan diferentes factores sigma en diferentes condiciones ambientales. Estos factores sigma especializados se unen a los promotores de genes apropiados para las condiciones ambientales, aumentando la transcripción de esos genes.
Factores sigma en E. coli :
- σ 70 (RpoD) - σ A - el factor sigma de "mantenimiento" o también llamado factor sigma primario (Grupo 1), transcribe la mayoría de los genes en las células en crecimiento. Cada célula tiene un factor sigma de "mantenimiento" que mantiene en funcionamiento los genes y las vías esenciales. En el caso de E. coli y otras bacterias gramnegativas con forma de bastoncillo, el factor sigma de "limpieza" es σ 70 . Todos los genes reconocidos por σ 70 contienen secuencias consenso de promotores similares que constan de dos partes. En relación con la base de ADN correspondiente al inicio de la transcripción de ARN, las secuencias promotoras de consenso se centran de manera característica en 10 y 35 nucleótidos antes del comienzo de la transcripción (-10 y -35).
- σ 19 (FecI) - el factor sigma del citrato férrico, regula el gen fec para el transporte y metabolismo del hierro
- σ 24 (RpoE) - respuesta al estrés por calor extremo y el factor sigma de las proteínas extracelulares
- σ 28 (RpoF / FliA) - la síntesis flagelar y el factor sigma de quimiotaxis
- σ 32 (RpoH): el factor sigma de choque térmico, se enciende cuando las bacterias se exponen al calor. Debido a la mayor expresión, el factor se unirá con una alta probabilidad a la polimerasa-núcleo-enzima. Al hacerlo, se expresan otras proteínas de choque térmico, que permiten a la célula sobrevivir a temperaturas más altas. Algunas de las enzimas que se expresan tras la activación de σ 32 son chaperonas , proteasas y enzimas reparadoras del ADN.
- σ 38 (RpoS) - el factor sigma de la fase de inanición / estacionaria
- σ 54 (RpoN) - el factor sigma de limitación de nitrógeno
También existen factores anti-sigma que inhiben la función de los factores sigma y factores anti-anti-sigma que restauran la función del factor sigma.
Estructura
Por similitud de secuencia, la mayoría de los factores sigma son similares a σ 70 ( InterPro : IPR000943 ). Tienen cuatro regiones principales (dominios) que generalmente se conservan:
N-terminus --------------------- C-terminus
1.1 2 3 4
Las regiones se subdividen aún más. Por ejemplo, la región 2 incluye 1.2 y 2.1 a 2.4.
El dominio 1.1 se encuentra solo en "factores sigma primarios" (RpoD, RpoS en E. coli ; "Grupo 1"). Está involucrado en asegurar que el factor sigma solo se una al promotor cuando forma un complejo con la ARN polimerasa. Los dominios 2-4 interactúan cada uno con elementos promotores específicos y con RNAP. La región 2.4 reconoce y se une al elemento promotor -10 (llamado " caja de Pribnow "). La región 4.2 reconoce y se une al elemento promotor -35.
No todos los factores sigma de la familia σ 70 contienen todos los dominios. El grupo 2, que incluye RpoS, es muy similar al grupo 1 pero carece del dominio 1. El grupo 3 también carece del dominio 1 e incluye σ 28 . El grupo 4, también conocido como el grupo de función extracitoplasmática (ECF), carece de σ1.1 y σ3. RpoE es miembro.
Otros factores sigma conocidos son del tipo σ 54 / RpoN ( InterPro : IPR000394 ). Son factores sigma funcionales, pero tienen secuencias de aminoácidos primarios significativamente diferentes.
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Retención durante el alargamiento de la transcripción
La ARN polimerasa central (que consta de 2 subunidades alfa (α), 1 beta (β), 1 beta prima (β ') y 1 omega (ω)) se une a un factor sigma para formar un complejo llamado holoenzima de ARN polimerasa . Anteriormente se creía que la holoenzima de ARN polimerasa inicia la transcripción, mientras que la ARN polimerasa central sola sintetiza ARN. Por tanto, la opinión aceptada fue que el factor sigma debe disociarse tras la transición del inicio de la transcripción al alargamiento de la transcripción (esta transición se denomina "escape del promotor"). Este punto de vista se basó en el análisis de complejos purificados de ARN polimerasa estancados al inicio y al alargamiento. Finalmente, los modelos estructurales de complejos de ARN polimerasa predijeron que, a medida que el producto de ARN en crecimiento se hace más largo de ~ 15 nucleótidos, sigma debe ser "expulsado" de la holoenzima, ya que existe un choque estérico entre el ARN y un dominio sigma. Sin embargo, σ 70 puede permanecer unido en complejo con la ARN polimerasa del núcleo en el alargamiento temprano y, a veces, a lo largo del alargamiento. De hecho, el fenómeno de la pausa proximal al promotor indica que sigma juega un papel durante el alargamiento temprano. Todos los estudios son consistentes con la suposición de que el escape del promotor reduce la vida útil de la interacción sigma-núcleo de muy larga en el inicio (demasiado larga para ser medida en un experimento bioquímico típico) a una vida más corta y medible en la transición al alargamiento.
Ciclo sigma
Durante mucho tiempo se pensó que el factor sigma abandona obligatoriamente la enzima central una vez que ha iniciado la transcripción, lo que le permite unirse a otra enzima central e iniciar la transcripción en otro sitio. Por lo tanto, el factor sigma pasaría de un núcleo a otro. Sin embargo, se utilizó la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia para mostrar que el factor sigma no abandona obligatoriamente el núcleo. En cambio, cambia su unión con el núcleo durante el inicio y el alargamiento. Por lo tanto, el factor sigma oscila entre un estado fuertemente ligado durante la iniciación y un estado débilmente ligado durante el alargamiento.
Ver también
Referencias
enlaces externos
- Sigma + Factor en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .