Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Рис 1 2 Пути развития фага А. Хромосома фага, введенная в клетку, вызывает либо лизис, либо лизогенизацию Ультрафиолетовое облучение лизогена индуцирует литический процесс Индукция лизогенов была впервые продемонстрирована в случае профага бактерии Bacillus megatenum
22
Рис. 1.3. Иммунитет Х-лизогена. Другие частицы фага к могут ввести свою ДНК в клетку, лизогенную по фагу к, но молекулы репрессора немедленно выключают гены таких «суперинфицирующих» хромосом точно так же, как они выключают гены профага. Таким образом, иммунитет обеспечивается тем же репрессором, который поддерживает латентное состояние профага.
торными и операторными участками ДНК составляют аппарат переключения («переключатель генов»).
Несколько упрощая, можно сказать, что аппарат переключения может находиться в одном из двух состояний: в первом, соответствующем лизогении, ген репрессора включен, а ген, кодирующий Сго, выключен; во втором, т. е. при литическом росте, ген его включен, а ген репрессора выключен. Перейдем теперь к описанию приблизительной формы и размеров компонентов переключателя генов и их взаимодействий.
Компоненты переключателя ДНК
Гены, кодирующие репрессор и Сго, а именно el и его, соседствуют в хромосоме X. Эти гены транскрибируются в противоположных направлениях (рис. 1.4). Точки начала транскрипции этих двух генов разделены участком в 80 пар оснований, и в этой области расположены участки двух типов, промоторы и операторы, с которыми могут связываться белковые компоненты переключателя.
Из рис. 1.4 видно, что каждый из генов с/ и его имеет свой собственный промотор. Промотор cl, который обозначают РКМ, направляет полимеразу налево, а промотор его, PR-направо. Участки молекулы ДНК, образующие эти промоторы, на рисунке выделены цветом. Обратите внимание, что эти два промотора соседствуют, но не перекрываются.
23
сго-транснпипт
Рис I 4 Небольшой участок молекулы ДНК фя\а X Два промотора, расположенные «спина к спине» (PRM и Рк), запускают движение почимеразы в противоположные стороны налево идет транскрипция гена репрессора cl, направо гена его Правый оператор 0R состоит из трех частей и перекрывается с обоими промоторами Каждый из трех участков, образующих оператор, называют операторным участком
Три расположенных рядом участка, 0R1, 0R2, 0R3, образуют 0R- правый оператор X. Он также показан на рис. 1.4. Репрессор и Сго связываются с этими участками и регулируют активность обоих промоторов. Обратите внимание на расположение операторных участков: каждый из них перекрывается с одним из промоторов, а 0К2 перекрывается с обоими промоторами.
Каждый операторный участок состоит из 17 пар оснований. Их последовательности сходны, но не идентичны, и регуляторные белки способны их различать. Например, какие бы два операторных участка мы ни взяли, один из них будет иметь большее сродство к Сго, чем другой. Это означает, что при определенной концентрации белка в каждый данный момент времени молекула Сго будет чаще обнаруживаться на одном участке связывания, чем на другом. При достаточно высоких концентрациях белка в каждый момент времени, как правило, будут заняты оба участка связывания.
Несколько слов об обозначениях. Лишь позднее, главным образом в гл. 3, станет ясно, какие соображения лежат в основе номенклатуры различных компонентов аппарата переключения. Вкратце правые промотор и оператор обозначаются PR и 0R. Кроме того, имеются левые промотор и оператор, PL и ОL, но они не участвуют в переключении. Обозначение гена cl отличает его от генов ell и сШ; обозначение “его” происходит от первых букв английских слов control of repressor and other genes - регуляция гена репрессора и других генов,
24
поскольку именно в эт ом состоит функция данного гена Буква М в обозначении PRM происходит от английского слова maintenance (поддержание состояния репрессии) и отличает его от родственного промотора, который будет описан в 1л 3.
РНК-полимераза
РНК-полимераза-фермент, который транскрибирует фаговую ДНК с образованием РНК,-поставляется клеткой-хозяином. При связывании с PR полимераза «настраивается» на транскрипцию гена его (в правую сторону), а при связывании с /-’рм - на транскрипцию гена cl (в левую сторону).
Рис 1.5 иллюстрирует, какие положения занимали бы молекулы полимеразы, если бы они связались одновременно с двумя промоторами. В действительности эти два промотора в клетке никогда не бывают заняты одновременно: в зависимости от состояния аппарата переключения полимераза связывается лишь с одним из них. Итак, в присутствии репрессора полимераза может связаться с 1\м. но никогда не свяжется с PR, а в присутствии Сго-наоборот. Один из ключевых вопросов, который ставится в настоящей главе: каким образом репрессор и Сго оказывают это противоположное действие?
Важное различие между промоторами PR и PRM состоит в том, что на первом из них РНК-полимераза связывается и начинает транскрипцию без всякого участия какого-либо регуляторного белка, осуществляющего позитивную регуляцию. Промотор ^RM, наоборот, эффективно используется полимеразой только при помощи белка-активатора; его роль выполняет репрессор.
