Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Для позитивной регуляции необходимо взаимодействие между связанным регуляторным белком и полимеразой. На поверхности регуляторного белка, соприкасающейся с полимеразой, должны располагаться соответствующие аминокислоты. Поверхность, взаимодействующая с полимеразой, отличается от поверхности, связывающей ДНК. Эти функции -связывание с ДНК и позитивный контроль-можно разделить' два белка могут связываться с ДНК одинаковым образом, но только один из них способен к позитивной регуляции.
Литература: обзоры
1 Нan lex D К McClure W R Compilation and analysis of Escherichia coli promoter DNA sequences, Nucl Acids Res, 11, 2237 2255 (1983)
2 Maniatis T, Ptashne M A DNA operator-repressor system, Sci Amer, 234, 64 76 (1976)
3 Pabo С 0, Sauer R T Protem-DNA recognition, Ann Rev Biochem, 53, 293-321 (1984)
4 Ptashne M Johnson A D Pabo CO A genetic switch in a bacterial virus, Sci Amer, 247, 128-140 (1982)
5 Sieben/nt U , Simpson R В, Gilbert W Escherichia coli RNA polymerase interacts homologously with two different promoters, Cell, 20, 269-281 (1980)
Глава 3
Регуляторные механизмы и жизненный цикл фага
Многие вирусы размножаются только одним способом. Вскоре после заражения клетки-хозяина вирусные гены начинают активно функционировать: синтезируются новые белки, которые многократно реплицируют вирусные хромосомы, упаковывают их в вирусные частицы и лизируют клетку.
Как мы уже говорили, фаг X способен размножаться таким литическим способом, но у него есть и другой, более изощренный путь развития. В лизогенной бактерии фаговые гены, необходимые для литического цикла, выключены и фаговая хромосома пассивно реплицируется белками, которые закодированы в бактериальной хромосоме и синтезируются в клетке. При этом переключатель генов «установлен» в таком положении, что в клетке имеется только один фаговый белок -репрессор (гл. 1). Напомним, что репрессор выключает все прочие фаговые гены, одновременно включая собственный ген cl. Это устойчивое положение нарушается под действием индуцирующих воздействий (например, ультрафиолетового излучения), которые переводят переключатель в альтернативное положение путем разрушения репрессора. В результате начинается литический цикл развития.
В этой главе обсуждаются в основном два вопроса, касающиеся регуляции генов фага X.
• Во-первых, каким образом фаг X, инфицировав бактериальную клетку, «принимает решение»: начать литический цикл размножения или лизогенизировать клетку? По-види-мому, размножаться «втихомолку» в виде лизогена-полезная уловка для фага, когда нет оптимальных условий для бурного литического роста.
• Во-вторых, каким образом фаг X регулирует работу своих генов по мере развития в обоих случаях?
Если после заражения фаг становится на литический путь развития, он должен вначале синтезировать ДНК, упаковать ее и, наконец, лизировать клетку, постоянно подавляя синтез репрессора. При индукции лизогена профаг должен решить еще одну задачу, прежде чем перейти к литическому росту:
61
синтезировать особый белок, необходимый для вырезания профага из хозяйской хромосомы.
Когда же фаг начинает процесс лизогенизации, он, наоборот, должен синтезировать ферменты, которые интегрируют его в хозяйскую хромосому, и начать синтез репрессора, подавляя в то же время экспрессию различных литических генов. Другими словами, переключатель генов, описанный в гл. 1, должен быть переведен в положение «лизогения».
Выбор между литическим и лизогенным путями-яркий пример влияния окружающей среды на выбор пути развития. Как мы увидим в дальнейшем, первые несколько этапов регуляции генов после заражения фагом X одинаковы независимо от того, лизирует ли фаг в конце концов клетку или лизогенизирует ее. На критическом для клетки этапе фаговый регуляторный белок «чувствует» состояние хозяйской клетки, и дальнейшие события направляются по одному из двух путей.
Мы увидим, что независимо от того, развивается ли фаг X по литическому пути или переходит к лизогении, регуляция его генов организована в виде каскада: обычно один регуляторный белок включает или выключает группу генов; в эту группу, как правило, входит другой регуляторный ген, продукт которого в свою очередь активирует или подавляет новую группу генов, и т.д.
Вначале мы кратко опишем работу хромосомы фага X во время литического и лизогенного путей. Затем подробнее обсудим экспрессию генов X и вернемся к вопросу о том, как принимается решение о выборе между лизисом и лизогенией.
Краткое описание развития фага Генетическая карта
На рис. 3.1 приведена упрощенная генетическая карта фага. На ней указаны только шесть генов: это регуляторные гены с/, ell, cIII, N, его и О. Остальные гены сгруппированы в соответствии с функциями белков, которые они кодируют.
Область «репликация» включает два гена, необходимые для репликации ДНК. В области «лизис» расположены три гена, продукты которых ответственны за лизис бактерии. Область «рекомбинация» содержит около 10 генов, в том числе два гена, продукты которых осуществляют интеграцию фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому при лизогенизации и вырезании ее при индукции. Примерно 10 генов в области «головка» кодируют белки, из которых строится головка фага; еще 12 генов кодируют белки хвостового от-
