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Department of Physics & Astronomy

[송은호 학생/홍성철 교수] RNA 합성 끝내기 세 갈래의 서로 다른 진행 속도와 조절 방식 (Nucleic Acids Research 논문 게재)

2023-02-17l 조회수 627

“Transcriptional pause extension benefits the stand-by rather than catch-up Rho-dependent termination”

전사 멈춤은 모든 종류의 전사 종결에서 중요한 역할을 한다. 단일분자 실험기술을 세균의 종결인자 로(Rho)가 작동하는 전사 종결에 적용한 이번 연구에서, 세 갈래 종결 경로가 종결자 하나에서 동시에 작동한다는 것을 확인하였고, 전사 종결에 미치는 전사 멈춤의 효과가 학계의 통념과 완전 다르다는 것을 발견했다. 세 갈래 중에서 가장 빈번한 것은 전사물 RNA에 로가 붙은 후에 거푸집 DNA의 한 곳에 멈춰 있는 RNA 중합효소(RNAP)를 쫓아가서 RNA와 DNA를 RNAP에서 한꺼번에 분리시키는 방식이다. 가장 빠른 것은 쫓아간 로가 RNA만을 떨어뜨리고 RNAP는 DNA에 남아 다시 RNA 합성을 시작할 수 있는 경로이고, 가장 느린 것은 로가 RNAP에 미리 붙어서 기다리다가 RNA와 DNA를 한꺼번에 떨어뜨리는 방식이다. 학계에서 오랜 동안 받아들여져 왔던 추정과는 반대로, 기다리는 로에 의한 종결효율만이 세 경로 중에서 유일하게 NusA/NusG 인자의 유무, 경쟁 RNA의 유무, 밀집도 상승 등에 상관없이, 멈춘 시간과 양(+)의 상관관계를 보였다. 이로 보아, 쫓아가는 로의 종결에서는 필수 전사 멈춤이 그다지 길 필요가 없고, 오히려 기다리는 로의 종결이 멈춘 시간이 길 때 효율이 높다는 것을 알 수 있다. 또한, mgtAribB 종결자에서 RNA의 구조를 바꾸는 리보스위치가 쫓아가는 로의 종결보다 기다리는 로의 종결을 주로 더 크게 조절한다.


Transcriptional pause is essential for all types of termination. In this single-molecule study on bacterial Rho factor-dependent terminators, we confirm that the three Rho-dependent termination routes operate compatibly together in a single terminator, and discover that their termination efficiencies depend on the terminational pauses in unexpected ways. Evidently, the most abundant route is that Rho binds nascent RNA first and catches up with paused RNA polymerase (RNAP) and this catch-up Rho mediates simultaneous releases of transcript RNA and template DNA from RNAP. The fastest route is that the catch-up Rho effects RNA-only release and leads to 1D recycling of RNAP on DNA. The slowest route is that the RNAP-prebound stand-by Rho facilitates only the simultaneous rather than sequential releases. Among the three routes, only the stand-by Rho's termination efficiency positively correlates with pause duration, contrary to a long-standing speculation, invariably in the absence or presence of NusA/NusG factors, competitor RNAs or a crowding agent. Accordingly, the essential terminational pause does not need to be long for the catch-up Rho's terminations, and long pauses benefit only the stand-by Rho's terminations. Furthermore, the Rho-dependent termination of mgtA and ribB riboswitches is controlled mainly by modulation of the stand-by rather than catch-up termination.

Authors: Eunho Song, Seungha Hwang, Palinda Ruvan Munasingha, Yeon-Soo Seo, Jin Young Kang*, Changwon Kang* & Sungchul Hohng* 

 

Publication date: 10 February 2023

Link: https://doi.org/10.1093/nar/gkad051