Factor sigma

Un factor sigma (factor σ) é unha proteína necesaria para a transcrición (síntese de ARN) en bacterias.^[1] É un factor de iniciación da transcrición bacteriano, que permite que a ARN polimerase se una especificamente ao promotor do xene para iniciar a transcrición. Hai varios factores sigma. O factor sigma específico empregado varía dependendo do xene e dos sinais ambientais necesarios para a iniciar a transcrición dese xene.

Cada molécula do holoencima ARN polimerase contén unha soa subunidade factor sigma de entre as varias que a célula dispón. O número de factores sigmas posibles varía segundo a especie bacteriana.^[1][2] A bacteria Escherichia coli ten sete factores sigma distintos. Os factores sigma distínguense polos seus pesos moleculares característicos. Por exemplo, σ⁷⁰ indica un factor sigma cun peso molecular de 70 kDa.

O complexo do holoencima ARN polimerase consta dunha ARN polimerase e un factor sigma e a súa misión é realizar a transcrición. Unha vez que se completou a fase de iniciación da transcrición, o factor sigma pode abandonar o complexo, aínda que algúns estudos parecen indicar que se mantén unido un certo tempo.

Estrutura

Os factores sigma teñen catro rexións principais que están xeralmente conservadas:

N-terminal --------------------- C-terminal
             1.1    2    3    4

Factor sigma
Identificadores
Símbolo	Sigma70_r1_1
Pfam	PF03979
InterPro	IPR007127
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Factor sigma
Estrutura cristalina do fragmento da subunidade sigma da ARN polimerase de Thermus aquaticus que contén as rexións 1.2 á 3.1
Identificadores
Símbolo	Sigma70_r1_2
Pfam	PF00140
InterPro	IPR009042
PROSITE	PDOC00592
SCOPe	1sig / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Factor sigma
Estrutura cristalina dun fragmento da subunidade sigma70 da ARN polimerase de Escherichia coli
Identificadores
Símbolo	Sigma70_r2
Pfam	PF04542
Pfam clan	CL0123
InterPro	IPR007627
PROSITE	PDOC00592
SCOPe	1sig / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Factor sigma
Identificadores
Símbolo	Sigma70_r3
Pfam	PF04539
Pfam clan	CL0123
InterPro	IPR007624
SCOPe	1ku2 / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Factor sigma
Estrutura da rexión 4 do sigma a de Thermotoga maritima
Identificadores
Símbolo	Sigma70_r4
Pfam	PF04545
Pfam clan	CL0123
InterPro	IPR007630
SCOPe	1or7 / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

Factor sigma
Estrutura cristalina da rexión 4 do sigma e de Escherichia coli unida ao seu elemento -35 do ADN
Identificadores
Símbolo	Sigma70_r4_2
Pfam	PF08281
Pfam clan	CL0123
InterPro	IPR013249
SCOPe	1or7 / SUPFAM
Estruturas proteicas dispoñibles: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum resumo de estruturas

As rexións subdivídense en seccións máis pequenas, por exemplo 2 inclúe 2.1, 2.2 etc.

• Rexión 1.1. Encóntrase só nos chamados "factores sigma primarios" (RpoD, RpoS en E. coli). Está implicado en asegurar que o factor sigma se unirá só ao promotor cando está formando un complexo coa ARN polimerase.
• Rexión 2.4. Recoñece e únese ao elemento -10 do promotor (tamén chamada "caixa de Pribnow").
• Rexión 4.2. Recoñece e únese ao elemento -35 do promotor.

Unha excepción a esta organización é a dos factores sigma de tipo σ⁵⁴. Proteínas que son homólogas do σ⁵⁴/RpoN son factores sigma funcionais, pero teñen secuencias de aminoácidos significativamente distintas.

Factores sigma especializados

Actívanse diferentes factores sigmas segundo as distintas condicións do medio. Estes factores sigma especializados únense a promotores dos xenes apropiados ás condicións reinantes no medio ambiente, o que incrementa a transcrición de ditos xenes. Os factores sigma de Escherichia coli son:

• σ⁷⁰(RpoD) - σ^A. É o factor sigma de "mantemento" tamén chamado factor sigma primario, que transcribe a maior parte dos xenes nas células en crecemento. Cada célula ten un destes factores sigma que manteñen en funcionamento os principais xenes e vías metabólicas.^[1] No caso de E. coli e outros bacilos gramnegativos, o factor sigma que realiza esta función é o σ⁷⁰.^[1] Todos os xenes recoñecidos por σ⁷⁰ conteñen secuencias consenso similares nos promotores que constan de dúas partes.^[1] Se as colocamos en relación coas bases do ADN correspondentes co inicio do transcrito de ARN, as secuencias consenso do promotor están centradas caracteristicamente nunha posición situada a 10 e 35 nucleótidos antes do sitio de inicio da transcrición (–10 e –35).
• σ¹⁹ (FecI). É o factor sigma citrato férrico, que regula o xene fec para o transporte de ferro.
• σ²⁴ (RpoE). É o factor sigma de estrés por calor extremo/extracitoplasmático.
• σ²⁸ (RpoF). É o factor sigma flaxelar.
• σ³² (RpoH). É o fctor sigma de shock térmico, que se activa cando a bacteria está exposta á calor. Debido á súa maior expresión, o factor únese con maior probabilidade ao núcleo do encima polimerase. Deste modo, poden expresarse outras proteínas de shock térmico, o cal permite que a célula sobreviva a temperaturas máis altas. Algúns destes encimas que se expresan coa activación de σ³² son chaperonas, proteases e encimas de reparación do ADN.
• σ³⁸ (RpoS). É o factor sigma de fase estacionaria/inanición.
• σ⁵⁴ (RpoN). É o factor sigma de limitación de nitróxeno.

Existen tamén factores anti-sigma, algúns dos cales inhiben a función dos factores sigma, e outros restauran a función dos factores sigma.

Retención durante a elongación da transcrición

O núcleo (core) da ARN polimerase (que consta de 2 subunidades α, 1 β, 1 β', e 1 ω) únese ao factor sigma para formar un complexo chamado holoencima ARN polimerase. Críase anteriormente que o holoencima ARN polimerase completo iniciaba a transcrición, mentres que era o núcleo da ARN polimerase por si só (co sigma separado) o que sintetizaba o ARN. Así, a idea aceptada era que o factor sigma debía disociarse na transición desde a iniciación da transcrición á elongación (esta transición denominábase "escape do promotor"). Esta visión estaba baseada en análises de complexos purificados de ARN polimerase detida na iniciación e na elongación. Finalmente, os modelos estruturais dos complexos da ARN polimerase predín que, cando o produto de ARN en crecemento formado chega a ter unha lonxitude de máis de ~15 nucleótidos, o factor sigma debe ser expulsado do holoencima, xa que hai unha falta de coincidencia estérica entre o ARN e o dominio sigma. Porén, un estudo recente demostrou que o σ⁷⁰ pode permanecer unido en complexo coa ARN polimerase, polo menos durante as primeiras fases da elongación.^[3] O fenómeno da pausa proximal do promotor indica que o factor sigma xoga algún papel durante as primeiras fases da elongación. Todos os estudos son concordantes coa asunción de que o escape do promotor reduce o tempo de duración da interacción sigma-núcleo da polimerase de moi longo na iniciación (demasiado longo para ser medido nun experimento bioquímico típico) a máis curto, e medible despois da transición da elongación. Isto depende da forza con que está unido sigma (ver seguinte sección).

Ciclo σ

Pensouse durante moito tempo que o factor σ abandonaba obrigatoriamente o núcleo (core) do complexo encimático unha vez que se iniciaba a transcrición, o que permitía que o factor σ libre se unise a outro núcleo do complexo de transcrición e iniciase a transcrición noutro lugar. Deste xeito, o factor σ circulaba dun núcleo (core) a outro. Porén, posteriormente Richard Ebright e colegas, utilizando transferencia de enerxía de resonancia de fluorescencia (FRET), demostraron que o factor σ non abandona obrigatoriamente o complexo de transcrición.^[3] Polo contrario, o factor σ cambia o seu tipo de unión co núcleo do complexo durante a iniciación e a elongación, de tal modo que o factor σ cambia ciclicamente entre un estado fortemente unido durante a iniciación e un estado feblemente unido durante a elongación.