Gjentakende designlogikk i dempningsmekanismer (attenuering)
Av Jonathan McLatchie, 30. juli 2025. Oversatt herfra {kursiv og understreking ved oversetter}

Bilde 1. RNA-Polymerase

I en artikkel nylig ga jeg et eksempel på tilbakevendende designlogikk i mekanismen for undertrykkelse av to operoner, som begge koder for gener involvert i biosyntesen av aminosyrer – nemlig henholdsvis tryptofan og arginin. Her vil jeg fokusere på et annet fascinerende og ganske genialt aspekt ved disse operonene – en sekund ær kontrollmekanisme kjent som attenuering.

Hva er attenuering?
Attenuering er et sekund ært reguleringsnivå som brukes i bakterier for å finjustere uttrykket av operoner som er involvert i biosyntesen av aminosyrer. Det mest kjente eksemplet er tryptofan (Trp)-operonet, så jeg vil bruke dette som modellsystem. Attenuering er muliggjort av det faktum at transkripsjon og translasjon er koblet sammen i prokaryoter, slik at ribosomet oversetter et mRNA-transkript selv om DNA-et foran det fortsatt transkriberes av RNA-polymerasen.
Hvordan attenuering (dempning) fungerer

Mekanismen for dempning er illustrert i figuren til høyre.

Bilde 2. Atteunering ved ulike tryptofannivåer

Nøkkelen til attenueringsprosessen er en ledersekvens som transkriberes like oppstrøms for de strukturelle genene (dette danner lederpeptidet vist i figuren). Ledertranskriptet inneholder den lederpeptidkodende regionen sammen med fire regioner som er i stand til å danne alternative sekund ære strukturer ved komplement ær RNA-baseparing (kjent som hårnåler). Den lederkodende sekvensen inneholder to tilstøtende tryptofankodoner.

Når tryptofannivåene er høye, fortsetter ribosomet å oversette (translatere) gjennom region 1 av ledertranskriptet og ankommer stoppkodonet. Den fysiske plasseringen av ribosomet forhindrer at region 2 og 3 danner basepar med hverandre. Dette gjør det mulig for region 3 og 4 å danne en hårnålstruktur. 3-4-hårnålen etterfølges av en rekke uraciler (U-er). Dette skaper en intrinsisk terminator, bestående av den GC-rike stamløkken og den U-rike sekvensen. Denne konfigurasjonen er iboende ustabil når den dannes i det gryende RNA-RNA-polymerase-DNA-komplekset, siden A-U-basepar er mindre stabile enn G-C-basepar, og derfor er RNA-DNA-hybriden som dannes mellom mal-DNA og poly-U-halen svak. Dessuten forstyrrer hårnålen -lenke; fysisk RNA-polymerasen. Dermed hemmes RNA-polymerasen fra å transkribere Trp-operonet.

Når tryptofannivåene er lave, stopper derimot ribosomet, når det ankommer de to tilstøtende Trp-kodonene i region 1. Region 2 er nå i stand til å danne en hårnålstruktur med region 3, noe som betyr at region 4 ikke danner en hårnål. RNA-polymerasen er derfor i stand til å fortsette å transkribere Trp-operonet.

Attenuering regulerer biosyntesen av andre aminosyrer
Denne attenueringsmekanismen brukes ikke bare som et middel for å kontrollere Trp-operonet, men også for operoner som koder for enzymene for biosyntesen av andre aminosyrer (f.eks. fenylalanin, histidin, treonin, leucin og isoleucin-valin). I hvert tilfelle er det en streng av den relevante aminosyren der ribosomet vil stoppe opp når det er mangel. For eksempel har fenylalanin-operonet syv fenylalaniner i sitt lederpeptid; histidin-operonet har syv histidiner i sitt lederpeptid, og så videre.

Gjentakende designlogikk
Som med tidligere eksempler jeg har diskutert, til tross for de slående parallellene mellom disse systemene når det gjelder designlogikken, er disse attenueringssystemene ikke evolusjon ært relatert til hverandre. Faktisk viser ledersekvensene til disse forskjellige operonene ingen signifikant homologi. Dette er den typen tilbakevendende mønster man kanskje forventer å se i designede systemer, men det er mer overraskende i stokastisk utviklede systemer. Det antyder derfor at operonregulering best forstås som et produkt av ingeniørkunst snarere enn blinde, ikke-styrte prosesser.

Bilde 3. Ulogisk slutning, kreditt Otangelo Grasso

Bilde 4. Jonathan McLatchie

Jonathan McLatchie
RESIDENT BIOLOG & stipendiat, SENTER FOR VITENSKAP OG KULTUR
Dr. Jonathan McLatchie har en bachelorgrad i rettsmedisinsk biologi fra University of Strathclyde, en mastergrad (M.Res) i evolusjonsbiologi fra University of Glasgow, en andre mastergrad i medisinsk og molekylær biovitenskap fra Newcastle University, og en doktorgrad i evolusjonsbiologi fra Newcastle University. Tidligere var Jonathan assisterende professor i biologi ved Sattler College i Boston, Massachusetts. Jonathan har blitt intervjuet på podcaster og radioprogrammer, inkludert "Unbelievable?" på Premier Christian Radio og mange andre. Jonathan har snakket internasjonalt i Europa, Nord-Amerika, Sør-Afrika og Asia for å fremme bevis på design i naturen.

Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund