Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
62
Рис. 3.1. Хромосома фага X. Как правило, гены с родственными функциями расположены рядом. Регуляция генов в пределах каждой такой группы обычно скоординирована. На карте отмечены шесть регуляторных генов и два регуляторных участка, alt (участок интеграции) и cos (липкие концы).
ростка. При обсуждении роста фага X мы рассмотрим некоторые из этих генов по отдельности.
Циклизация
Генетическая карта на рис. 3.1 изображена в виде кольца, так как хромосома, которая в составе фаговой частицы является линейной, сразу после проникновения в клетку замыкается в кольцо (рис. 3.2). Концы хромосомы фага X, так называемые липкие концы, соединяются под действием бактериального фермента, и образуется пара непрерывных длинных переплетенных кольцевых цепей ДНК. В результате этого соединения группы генов лизиса и хвостового отростка сближаются. В конце литического цикла, когда новые фаговые хромосомы упаковываются в новые фаговые головки, концы хромосомы снова расходятся.
Экспрессия генов
Общая схема экспрессии генов во время роста X приведена на рис. 3.3. Первые две стадии развития - предранняя и ранняя-
63
Рис. 3.2. Циклизация хромосомы фага X. Липкие концы представляют собой одноцепочечные участки ДНК длиной 12 нуклеотидов. Они спонтанно соединяются, а бактериальные ферменты сшивают цепи, образуя кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК.
предшествуют стадии принятия решения о выборе между лизисом и лизогенией. Мы можем представить картину эк-спресии генов в общем виде следующим образом.
Предранние Работают только гены N и его.
Ранние
Число активных генов увеличивается: подключаются гены рекомбинации и репликации ДНК.
64
Предранние
i
Рис 3 3 Пути экспрессии генов Гены, включающиеся на указанных стадиях роста, отмечены цветом Гены, кодирующие родственные функции, включаются и выключаются совместно Такие гены располагаются протяженными блоками, исключение составляет поздняя стадия лизогенного пути развития когда активны только два гена, cl и int
Поздние
На этом этапе пути расходятся.
• Если фаговая хромосома находится на литическом пути, ранние гены выключаются и включаются гены головки, хвостового отростка и лизиса. При лизисе из бактериальной клетки высвобождаются новообразованные фаговые частицы.
• Если фаг переходит к лизогении, включены только два гена, cl и int. Продукт гена int, расположенного в области рекомбинации, ответствен за интеграцию фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому. В конце концов в лизогене оказывается активным один-единственный ген репрессора, cl.
65
5 1331
Интеграция
На рис. 3.4 показано, как в результате одного акы рекомбинации хромосома X встраивается в гораздо болытю хозяйскую хромосому. Этот процесс происходит только в том случае, если фаг лизогенизирует хозяина. Каждая из двух молекул ДНК расщепляется в одном месте, и их концы воссоединяются так, что образуется непрерывная молекула лизогенной хромосомы. Место кроссинговера в фаговой хромосоме находится в участке attP (от англ. /jhage «//achment-место присоединения фага), а в бактериальной хромосоме-в участке attB. При индукции лизогена происходит обратный процесс: хромосома X вырезается из хозяйской хромосомы и замыкается в кольцо.
Изображая схематически процессы интеграции и эксцизии (вырезания), мы предполагали, что в них участвуют только
Рис 3 4 Интеграция фаговой ДНК с бактериальной хромосомой по участкам attP и attB, в результате чего встроенная фаговая хромосома-профаг оказывается фланкированной двумя участками att Эксцизия процесс, обратный интеграции, приводит к тому, что из одной кольцевой хромосомы лизогена образуются две кольцевые молекулы ДНК-фаговая и бактериальная Белки, катализирующие соответствующие реакции, на рисунке не показаны Модель названа именем Кемпбелла-ученого, который первым подробно описал, каким образом ДНК встраивается в хозяйскую хромосому и вырезается из
нее
66
молекулы ДНК; на самом деле они протекают при участии фаговых белков, которые работают вместе с некоторыми белками клетки-хозяина. Интеграцию осуществляет фаговый белок Int, а вырезание идет при совместном участии белков Int и Xis.
Регуляция транскрипции
Рассмотрим теперь действие регуляторных белков фага на различных стадиях его роста, перечисленных на рис. 3.3. Рисунок иллюстрирует, какие активные регуляторные белки и соответственно мРНК синтезируются на каждой стадии. Первые две стадии одинаковы независимо от того, по какому пути пойдет фаг-по пути лизиса или лизогении.
Предранняя стадия
РНК-полимераза клетки-хозяина связывается с двумя промоторами фаговой хромосомы, PL и PR, и начинает транскрипцию. На рис. 3.5 показано, что эти транскрибирующие
Рис. 3.5. Предранние события. Сразу после заражения бактериальная РНК-полимераза транскрибирует гены N и сто с разных цепей ДНК. (На рисунке допущена ошибка: у левого нижнего кольца должна быть закрашена нижняя половина, а не верхняя.)
