Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА БЕЛКА У ВИРУСОВ
Естественным является стремление к познанию систем регуляции вначале у простых и лишь затем у сложных организмов. При этом в первую очередь обращаются к вирусам. Такой подход таит в себе опасность встретиться не с простейшей формой регуляции, а, напротив, с весьма сложной, ибо вирус вступает в многообразные интимные связи с клеткой высшего организма, на которой он паразитирует. Особенно велика опасность недооценки сложности регуляции, вносимой клеткой-хозяином, в случае вирусов животных. Для бактериальных вирусов можно, по крайней мере, не опасаться, что сложность системы регуляции синтеза фаговых белков существенно превысит таковую для бактерии в целом.
При изучении регуляции биосинтеза белка на модели вирусов следует учитывать еще одну особенность. Неразмножающийся вирус не обладает сколь-нибудь выраженным обменом с окружающей средой. Он не обновляет свои основные компоненты. В то же время при размножении вируса происходит синтез компонентов на механизмах зараженной клетки, направляемый хромосомой вируса и в некоторых случаях отдельными компонентами вириона. Иначе говоря, весь обмен и все биосинтетические процессы вируса— это процессы размножения. В то же время у бактерий и высших организмов имеется продолжительная фаза, когда существует интенсивно метаболизирующая морфологически обособленная неразмножающаяся клетка. Поэтому механизмы регуляции транскрипции и трансляции при развитии вирусов не могут безоговорочно распространяться на более сложные организмы, сколь бы ни были привлекательны многие примеры однотипных механизмов, используемых живыми существами на всех уровнях эволюции.
У особенно пр.осто устроенных организмов.— вирусов-сателлитов, являющихся «паразитами паразитов», вообще нет собственных систем регуляции. Вся хромосома сателлитного вируса некроза табака —0,4* 106 дальтон состоит из единственного цистрона, кодирующего белок оболочки, вириона с молекулярным весом около 40 000, т. е. точно соответствующим информационной емкости РНК (Uyemoto, Grogan, 1969). Функционирование хромосомы вируса-сателлита зависит от сопутствующего, основного вируса, выступающего уже в роли одного из хозяев.
Среди вирусов бактерий наиболее примитивная система регуляции транскрипции описана для РНК-фагов Е. coli — Qp, R-17, MS-2 и др., которые можно, видимо, считать простейшими организмами в этой группе вирусов. Они обладают всего лишь двумя-тремя генами,—РНК-репликазы, белка оболочки и так называемого белка созревания, необходимого для стадии сборки полноценного вириона. Все они расположены на молекуле РНК весом около 1,Ы06 дальтон. В зараженной клетке фаговая РНК функционирует вначале как мессенджер, обеспечивая на рибосомах хо-
Зяина синтез некоторого количества указанных белков* Образовавшаяся репликаза катализирует интенсивный синтез новой фаговой РНК, которая также может функционировать как мессенджер. образуя новые порции репликазы. Последние еще больше ускоряют синтез РНК, и процесс приобретает лавинообразный характер. Если такой процесс синтеза фаговой РНК не будет в определенный момент остановлен, то ресурсов клетки может заведомо не хватить для образования эквивалентных количеств белка оболочки и белка созревания. Регуляторным фактором служит белок оболочки. Достигнув некоторой пороговой концентрации, он тормозит репликацию фаговой РНК, блокируя ее как матрицу (Stavis, August, 1970). Не случайно, по-видимому, что скорость синтеза именно этого белка на рибосомах особенно велика — так, что в норме он образуется даже с некоторым избытком. В противном случае он не смог бы остановить синтез РНК. На этой же системе выявляется и другой механизм регуляции, функционирующий уже на стадии трансляции. Имеются указания на существование независимых инициаторных участков перед цистронами каждого из белков РНК-фагов, причем их сродство к рибосоме неодинаково. Именно это определяет, во-первых, наибольшую скорость синтеза белка оболочки, смысл чего уже рассматривался и, во-вторых, относительно медленный и отнюдь не избыточный синтез белка созревания. Значение последнего также понятно: период сборки вирионов должен быть скоординирован по времени с другими процессами.
Существенную роль в регуляции соотношения между скоростями синтеза вирусной РНК и белка оболочки играет также то обстоятельство, что область начала репликации хромосомы РНК-полимеразой перекрывается с инициаторным кодоном цистрона белка оболочки. В результате репликаза и рибосомы конкурируют за взаимодействие с этим участком (Billeter et al., 1972).
В целом это, по-видимому, одна из простейших собственных систем регуляций транскрипции и трансляции, когда первая.непосредственно тормозится, белком — конечным продуктом синтеза, а относительная активность участков второй определяется разным сродством мест инициации к рибосоме и конкуренцией рибосом и РНК-полимеразы за одинт и тот же локус.. Интересно также, что первый и второй механизмы сопряжены друг с другом.
Ингибитором РНК-полимеразы реовируса также служит один из белков внешней оболочки. Поэтому снятие внешней оболочки в начале инфекции растормаживает транскрипцию вирусного генома и, напротив, при сборке новых вирионов прекращает транскрипцию (Astell et al., 1972).
