전사 종결인자 '로'의 세 갈래 끝내기

로(Rho) 단백질은 세균 유전자 전사에 일반적으로 쓰이는 종결인자인데, 그 작동원리가 불확실한 점이 많고 여러 학설이 대립해왔다. 우선 종결 준비와 관련해서, 종결인자가 쫓아간다는 설과 기다린다는 설로 갈린다. 또한, 생성물 RNA가 분리되는 종결 방식으로, RNA가 벗겨진다는 설과 중합효소가 밀리거나 틀어진다는 설이 있다. 그리고 종결의 결과로서, 중합효소가 DNA에 남거나 떨어질 수 있다. 본 연구에서 단일분자 형광기술을 이용하여 대장균 로 종결인자로 이런 학설들을 검증한 결과, 각 단계에 관해 제시됐던 상반된 작동원리가 공존한다는 것이 확증됐다. 또한, 각기 특정한 방식의 종결에 걸리는 시간이 다른 세 갈래 길이 발견됐다. 첫 갈래에서는 쫓아가는 종결인자가 RNA를 벗겨 중합효소를 DNA에 남기고, 둘째에서 중합효소를 밀쳐내 DNA와 RNA를 떨어뜨린다. 마지막 갈래에서는 기다리는 종결인자가 밀쳐내고 떨어뜨린다. 이 세 갈래 끝내기로 여러 학설의 논쟁이 끝날 수 있다.

Rho-dependent transcription termination proceeds via three routes

Rho is a general transcription termination factor in bacteria, but many aspects of its mechanism of action are unclear. Diverse models have been proposed for the initial interaction between the RNA polymerase (RNAP) and Rho (catch-up and stand-by pre-terminational models); for the terminational release of the RNA transcript (RNA shearing, RNAP hyper-translocation or displacing, and allosteric models); and for the post-terminational outcome (whether the RNAP dissociates or remains bound to the DNA). Here, we use single-molecule fluorescence assays to study those three steps in transcription termination mediated by E. coli Rho. We find that different mechanisms previously proposed for each step co-exist, but apparently occur on various timescales and tend to lead to specific outcomes. Our results indicate that three kinetically distinct routes take place: (1) the catch-up mode leads first to RNA shearing for RNAP recycling on DNA, and (2) later to RNAP displacement for decomposition of the transcriptional complex; (3) the last termination usually follows the stand-by mode with displacing for decomposing. This three-route model would help reconcile current controversies on the mechanisms.

Publication date: 29 March 2022

Link: https://doi.org/10.1038/s41467-022-29321-5