Un estudio describe un nuevo mecanismo para poner fin a la transcripción del ADN en el ARN en bacterias

Una proteína bacteriana ayuda a interrumpir la transcripción, el proceso de hacer copias de ARN del ADN para realizar las funciones de la célula, lo que hace que la maquinaria celular que transcribe el ADN se detenga en los puntos apropiados del genoma. La proteína, conocida como NusG, detiene la maquinaria de transcripción en secuencias de ADN específicas para facilitar lo que se denomina «terminación intrínseca» y evitar la transcripción no deseada que podría alterar la función celular.

Un nuevo estudio, dirigido por investigadores de Penn State, muestra que NusG y relacionados proteína, NusA, juntos facilitan la terminación en aproximadamente el 88% de los terminadores intrínsecos en la bacteria Bacillus subtilis. Comprender este proceso expande nuestro conocimiento básico de esta función celular fundamental y eventualmente puede ayudar en el desarrollo de antibióticos que afectan e interrumpen regulación genética en bacterias. Un artículo que describe la investigación aparece en línea en el periódico. eLife.

«Para que una célula acceda a la información genética almacenada en el ADN, primero debe ser transcrita en ARN por una enzima llamada ARN polimerasa», dijo Zachary F. Mandell, un graduado en Penn State y primer autor del artículo. «Este proceso está altamente coordinado para garantizar que los genes correctos se expresen en los momentos correctos y en los niveles adecuados para que la célula funcione correctamente. Estamos interesados ​​en comprender los mecanismos que permiten que la célula se detenga transcripción en ubicaciones precisas a lo largo del genoma. «

La regulación adecuada de la expresión génica se produce en tres etapas básicas. Primero, la transcripción es iniciada por la ARN polimerasa que se une al ADN al comienzo de la secuencia que se transcribe. NusA y NusG luego se unen a la ARN polimerasa durante el proceso de estiramiento para hacer una copia de ARN de la secuencia de ADN. Finalmente, la transcripción debe terminarse en las ubicaciones apropiadas del genoma.

«La terminación de la transcripción es especialmente importante en las bacterias porque los genes se compactan entre sí en todo el genoma, por lo que no completar la transcripción en los lugares correctos puede conducir a una expresión génica inapropiada», dijo Paul Babitzke, profesor de bioquímica y Biología Molecular en Penn State y líder del equipo de investigación.

Los mecanismos de terminación en bacterias se han clasificado tradicionalmente como «dependientes del factor», que depende de una proteína llamada Rho, o terminación intrínseca, que se pensaba que era «independiente del factor». La terminación intrínseca depende de una estructura de gancho de ARN que se forma en la molécula de ARN que se está produciendo, lo que hace que el ARN se libere de la maquinaria de transcripción.

NusG y NusA son proteínas clasificadas como factor de transcripción que ayudan a regular la expresión génica y forman parte del complejo de proteínas que leen y transcriben el ADN durante el estiramiento. NusA interactúa con la molécula de ARN que se está produciendo y NusG puede unirse al ADN para detener el estiramiento. Según investigaciones anteriores, se cree que NusA juega un papel en la terminación intrínseca, ayudando en la formación de la pinza de ARN, pero no se ha establecido el papel de NusG en la terminación.

Para explorar más a fondo el papel de estas dos proteínas en la terminación intrínseca, el equipo de investigación produjo cepas de bacterias sin NusA, sin NusG y sin NusA y NusG. Luego utilizaron una técnica que inventaron llamada «Term-Seq», en la que pueden preservar e identificar los extremos de todas las moléculas de ARN producidas en sus cepas bacterianas. Los extremos de ARN de las cepas mutantes se pueden comparar con moléculas de ARN de bacterias que funcionan normalmente con NusA y NusG.

«Encontramos que algunos sitios de terminación intrínsecos dependían de NusA, algunos de NusG, algunos de NusA o NusG y algunos requerían ambos», dijo Mandell. “Nos sorprendió un poco el gran papel que juegan estas dos proteínas en la terminación intrínseca. Un total del 88% de todos los sitios de terminación intrínsecos dependían de NusA o NusG en alguna capacidad. La terminación intrínseca claramente no es completamente «independiente del factor». «

Los investigadores todavía están investigando el papel preciso que desempeñan las proteínas desnudas en la terminación de la transcripción.

«Creemos que NusA ayuda directamente a formar las abrazaderas necesarias para la terminación intrínseca y que NusG está pausando el estiramiento en los sitios de terminación para darle tiempo adicional a la abrazadera para formarse», dijo Babitzke.