Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Регуляция интеграции и эксцизии
В интеграции участвует только один фаговый белок Int, но обратная реакция - эксцизия - нуждается в двух белках, Int и Xis. Гены, кодирующие эти два белка, соседствуют в хромосоме, и их экспрессия в нужный момент обеспечивается двумя регуляторными механизмами. В одном из них участвует белок CII, способствующий установлению лизогении, другой представляет собой новый способ регуляции, который мы еще не обсуждали,-регуляцию активности мРНК.
Для того чтобы понять логику действия этих регуляторных механизмов, рассмотрим три возможных состояния фага. Первое-фаговая хромосома проникла в клетку и «собирается» ее лизогенизировать; второе-фаговая хромосома будет размножаться литически; третье - интегрированный профаг «собирается» ответить на индукцию, т. е. выйти из бактериальной хромосомы путем эксцизии и приступить к литическому росту.
Установление лизогении
Чтобы обеспечить интеграцию, фаг должен синтезировать как можно больше белка Int и как можно меньше белка Xis. Как
Рис 3 11 С'тиму тяция транскрипции гена int под действием белка CII Промотор гена int Рх находится в пределах гена xis Таким образом, СИ стимулирует образование белка Int, но не Xis
показано на рис 3 11, белок CII включает транскрипцию int, но не xis Подобно тому как он активирует PRE, включая синтез репрессора, он действует одновременно и на промотор Р{ Синтез мРНК, инициированный с Р{, обрывается в конце гена int, и при трансляции таких мРНК образуется много белка Int Некоторое количество Int и Xis могло бы синтезироваться на мРНК, синтезированной с PL, но белок CII обеспечивает большой избыток Int при лизогенном пути развития
Литический рост
В этом случае фаг синтезирует преимущественно белок Xis, а не Int, так что реплицирующиеся фаговые хромосомы не встраиваются без необходимости в хозяйскую хромосому
sib
int
clll
cl
PH к аза 3
Int Hg
Неизвестная
нуклеаза
_Q i tnt
te«..;3 ~~ i
Рис 3 12 Ретрорегуляция Участок мРНК, считанный с обтасти 4ib, образует шпильку бактериальный фермент РНКаза III узнает и расщепляет эту шпильку Затем другие бактериальные РНКазы расщепляют мРНК, начиная с участка, где произошто надрезание
74
Допустим, что белок CII при этом неактивен, и сосредоточим внимание на транскрипте, который начинается с промотора PL и считывается с генов int и xis. Здесь мы впервые сталкиваемся с регуляцией не на уровне инициации транскрипции РНК, а на уровне стабильности мРНК.
Напомним, что под действием антитерминирующего белка N синтез мРНК, который начинается на промоторе PL, проходит через ген N и продолжается на генах int и xis. Белок N переводит РНК-полимеразу в такую форму, что она пропускает сигнал конца транскрипции гена int, который вообще-то должен был ее остановить. Таким образом, полимераза, модифицированная под действием N, продолжает транскрипцию и прочитывает область sib, как показано на рис. 3.11 и 3.12.
Далее с мРНК, несущей на конце область sib, происходит поразительная вещь: она постепенно разрушается, начиная с участка вблизи sib, и затем обратно по направлению к гену N. Поскольку информация, кодирующая белок Int, уничтожается раньше, чем информация о белке Xis, эта мРНК успевает «произвести» больше белка Xis, чем Int. Такой способ регуляции называют ретрорегуляцией.
Индукция
В третьем случае, при индукции лизогена, фаг должен образовывать оба белка, Int и Xis, чтобы могло произойти его вырезание из хромосомы хозяина. Но поскольку речь идет о начале литического роста, мы не можем рассчитывать на
Рис 3 13 Интеграция и расположение iенов фага Я. В результате интеграции, г е рекомбинации по \частк\ ни nhiviok \ih оказывается далеко отстоящим
0 1 Iена пг
белок CII, чтобы обеспечить синтез Int. Проблема решается следующим образом: в результате транскрипции с промотора PL опять-таки образуется мРНК, кодирующая Int и Xis, но в этом случае область sib на конце мРНК отсутствует. Как видно на рис. 3.13, в результате процесса интеграции фаговой хромосомы область sib оказывается далеко отстоящей от int, так что мРНК, инициированная на PL, не содержит области sib. Следовательно, с этой мРНК транслируются и Int, и Xis.
Другие фаги
Фаг X входит в группу фагов, которые инфицируют клетки Е. coli и могут лизогенизировать их. Последовательность ДНК некоторых из этих фагов нисколько не похожа на последовательность X. Тем не менее общие принципы организации их генов и механизмы регуляции очень близки.
Таким образом, карта, приведенная на рис. 3.1, приложима ко многим фагам, но с небольшими модификациями. Например, все эти фаги различаются по последовательности сайта att и потому внедряются в разные места бактериальной хромосомы. В каждом случае продукты генов int и xis предназначены для катализа строго определенных процессов интеграции и эксцизии. Еще один пример индивидуальных различий: Q-подобные белки разных фагов обладают антитерминирующей активностью только по отношению к своим собственным небольшим РНК, считанным со своих хромосом, и не работают в качестве антитерминаторов при транскрипции X. Наконец, все эти фаги используют свои собственные реп-рессоры и белки Сго, действующие на свои операторы, но не на операторы X.
