Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Напомним, что при лизогении репрессор стимулирует транскрипцию с Рш (от англ. /promoter for repressor maintenance-промотор для поддержания концентрации репрессора). Однако в клетке, где нет репрессора, белок СП заставляет полимеразу транскрибировать ген с/ с другого промотора, PRF (от англ. /promoter for repressor establishment-промотор для первоначального синтеза репрессора). Начиная с PRE, полимераза осуществляет транскрипцию налево до конца гена репрессора с/. При трансляции этой мРНК образуется репрес-
70
Рис. 3.9. Поздняя стадия лизогении. Белок CII направляет транскрипцию дв\х генов, необходимых для установления лизогенного состояния. На этой стадии ранние гены, по-видимому, еще включены, но их транскрипты на рисунке не
показаны,
сор (но не белок Сго, так как ген его транскрибируется в обратном направлении).
Заставляя полимеразу «стартовать» с другого промотора, Р{, CII стимулирует транскрипцию гена int в левую сторону. Продукт гена int обеспечивает встраивание фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому.
Репрессор, синтезированный при трансляции мРНК, которая была инициирована на промоторе PRE, связывается с Оь и 0R. В результате связывания с этими двумя участками репрессор стимулирует транскрипцию своего собственного гена с Рш и выключает все остальные фаговые гены. При лизогении поздние гены выключены, так как нет белка Q, а ген Q выключен, потому что выключен ген N.
Регуляторный каскад фага X контролируется регуляторными белками, которые действуют всего в нескольких участках фаговой хромосомы. Это становится возможным потому, что гены, кодирующие родственные белки (функции), собраны вместе и транскрибируются в одном направлении.
Принятие решения
Теперь, когда мы описали два пути развития, которые открываются перед фагом X после проникновения его в бактериальную клетку, мы можем спросить: чем же определяется выбор этих путей? Какие фак торы заставляют систему идти по пути лизиса или лизогении?
У нас нет полной ясности в ном вопросе, но мы можем составить весьма правдоподобный сценарий. Если говорить в
Заражение
Бактериальные
протеазы
с!
Лизогения
Рис. 3.10. Принятие решения о выборе пути развития (лизис или лизсиения). Активность белка CII регулируется хозяйскими протеазами. Хотя белок CIII на рисунке не изображен, факторы клетки-хозяина могут оказывать свое влияние через этот белок, защищающий CII от расщепления. По-видимому, другие хозяйские белки могут также регулировать трансляцию мРНК белка
СИ.
двух словах, решение принимается на уровне одного-единст-венного белка CII. Это положение проиллюстрировано на рис. 3.10. Если активность CII высока, проникший в клетки фаг лизогенизирует ее; если она низка, начинается литический цикл. После того как решение принято, все дальнейшие стадии определяются одной из двух программ.
Активность белка CII зависит от состояния окружающей среды. Согласно предполагаемой схеме (рис 3.10), этот белок нестабилен, он может разрушаться под действием бактериальных протеаз, активность которых в свою очередь зависит от условий окружающей среды. Например, при росте в богатой среде протеазы активируются, а при голодании-наоборот, поэтому X чаще лизогенизирует голодающие клетки. В этом есть смысл, так как в голодающих клетках не хватает компонентов, необходимых для эффективного литического роста X.
Белок CIII фага X также способствует установлению ли-зогении; его роль состоит в защите CII от деградации. Защитное действие СШ носит ограниченный характер, и при определенных условиях окружающей среды большая часть СП инактивируется, несмотря на присутствие СШ. Но если CIII нет, CII практически полностью инактивируется и фаг может размножаться только литически.
72
Теперь сравним результат заражения клеток, в которых активность протеаз, разрушающих белок CII, высока и низка.
• В тех клетках, где CII быстро разрушается, т.е. активность протеаз высока, репрессор не синтезируется. Идет синтез белков Q и Сго, транскрипция осуществляется согласно схеме, представленной на рис. 3.8, и происходит литический рост. Далее мы увидим, что фаг обладает механизмом для снижения количества белка Int. Этот белок синтезируется на мРНК, транскрибированной с промотора PL.
• В тех клетках, где активность CII высока, т. е. активность протеаз низка, идет интенсивная транскрипция генов cl и int с промоторов РRE и Ру соответственно (рис. 3.9). Белок Int обеспечивает интеграцию фаговой хромосомы, а репрессор связывается с операторами 0R и 0L и выключает все фаговые гены, кроме cl. Возникает состояние лизогении.
Если бы во втором случае белок Сго связывался с 0R3 прежде, чем репрессор свяжется с 0R1 и 0R 2, фагу было бы трудно перейти в состояние лизогении. Мы полагаем, что этого никогда не происходит при высокой активности белка CII. Скорость синтеза репрессора, стимулированного CII, достаточно высока, чтобы с учетом относительного сродства репрессора и Сго к соответствующим участкам могло установиться состояние репрессии. Тогда ген его будет выключен еще до того, как образуется достаточно белка Сго, чтобы выключить РRM.
