Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Выил
Вкл.
Рис 1 24 Действие белка Сго Сначала Сго подавляет синтез репрессора с промотора Рш, а затем включает свой собственный ген
36
На рис. 1.20 показано, что расщепление происходит в определенном месте, расположенном в участке репрессора, соединяющем амино- и карбокси-концевой домены. Отделение карбокси-концевого домена от амино-концевого полностью инактивирует репрессор, так как изолированные амино-конце-вые домены не могут димеризоваться, а их сродство к оператору в мономерной форме слишком низко, чтобы обеспечить эффективное связывание при той концентрации, какая существует в лизогенных клетках. Теперь после отделения димера репрессора от оператора его нечем заменить (рис. 1.21).
Это ведет к двум последствиям. Во-первых, по мере того как репрессор освобождает 0R1 и 0R2, скорость его синтеза падает (поскольку репрессор необходим для поддержания транскрипции своего собственного гена); во-вторых, полимераза связывается сРки начинает транскрипцию его. Теперь именно белок Сго определяет ход событий.
Действие Сго проще, чем действие репрессора. Как показано на рис. 1.22, димеры Сго связываются независимо (не кооперативно) с тремя участками 0R. В отличие от репрессора Сго-белок со строго негативной регуляцией. Главная особенность функционирования Сго состоит в том, что три участка 0R по сродству к нему располагаются в обратном порядке по сравнению с таковым для репрессора. На рис. 1.23 показано, что первая синтезированная молекула Сго связывается с 0R3. Это препятствует связыванию полимеразы с PRM и подавляет дальнейший синтез репрессора. К этому моменту переключатель генов сработал и начался литический цикл.
Пока PR продолжает работать и ген его транскрибируется, транскрибируются также и гены, лежащие справа от его, продукты которых необходимы на ранних стадиях литическо-го цикла (гл. 3). Синтезируется все больше белка Сто, пока его концентрация не достигнет уровня, при котором заполняются также участки 0R1 и Ок2 и связывание полимеразы с PR подавляется (рис. 1.24). Таким образом, белок Сго вначале выключает синтез репрессора, а несколько позже выключает (или снижает) экспрессию своего собственного гена и других ранних литических генов.
Кооперативность: устойчивость и чувствительность переключателя генов
Мы описали три вида кооперативности с участием белок-бел-ковых взаимодействий, которые обеспечивают высокую эффективность механизма переключения.
• Во-первых, мономеры репрессора образуют димеры-ДНК-связывающую форму репрессора. Эти димеры свободно
37
диссоциируют на мономеры, и в клетке мономеры и димеры находятся в равновесии. Описывая связывание димера, можно сказать, что один мономер способствует связыванию другого с оператором, т. е. два мономера кооперативно связываются с одним операторным участком.
• Во-вторых, димеры кооперативно связываются с соседними участками оператора. Основное проявление этой кооперативное™ состоит в том, что димер репрессора, находящийся на 0R1, способствует связыванию другого димера с 0R2.
• В-третьих, репрессор на 0R2 помогает полимеразе связаться и начать транскрипцию с PRM.
Общий результат этих проявлений кооперативности наглядно иллюстрирует рис. 1.25, на котором приведены кривые зависимости активности PR от концентрации репрессора. Обратите внимание, что при лизогении синтезируется достаточное количество репрессора, чтобы уменьшить эффективность промотора PR примерно в 1000 раз. При падении концентрации репрессора в 2-3 раза по сравнению с этим максимальным уровнем активность Рк не изменяется. В результате состояние репрессии оказывается защищенным от обычных колебаний концентрации репрессора, так что «случайная» индукция лизо-
Рис. 1.25. Зависимость репрессии от концентрации репрессора в двух системах. Черная кривая показывает, что состояние репрессии в лизогенной клетке поддерживается только до тех пор, пока концентрация репрессора не упадет примерно в 5 раз. Даже небольшое дальнейшее снижение концентрации репрессора вызывает резкое изменение в работе системы, и происходит индукция. Взаимодействию репрессора с оператором, состоящим лишь из одного участка, отвечает цветная кривая. Видно, что такая система гораздо медленнее реагировала бы на изменение концентрации репрессора.
38
генных клеток происходит редко. Но если концентрация репрессора падает в 5 раз, происходит резкое изменение активности Ря, достигающей 50% от его полностью дерепрессированного состояния. В результате синтезируется достаточно белка Сго, чтобы произошло переключение генетической программы.
Весьма показательно рассмотреть гипотетический переключатель генов, лишенный кооперативности. Например, если бы 0R содержал лишь один участок связывания, Ок2, то система могла бы работать, но регуляция была бы грубой. Ведь если этот участок связывал бы димер репрессора настолько прочно, чтобы обеспечить 1000-кратную репрессию при лизогении, то индукция происходила бы с низкой эффективностью. Для запуска литического цикла пришлось бы инактивировать более 99% молекул репрессора, а это очень трудно осуществить.
