Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

для действия белка N. Этот участок (рис. 15.14, Л) обозначают символом nutL (от англ. N utilization). Определение первичной структуры этого участка показало, что в него входит последовательность из 15 п. н., которой свойственна симметрия второго порядка. Анализ последовательности ДНК между PR и tR1 показал, что между геном его и tR} находится практически идентичный участок, обозначенный nutR [рис. 15.14, Б]. Принято считать, что белок N узнает участки nutL и пШц; однако, происходит ли это узнавание при взаимодействии с ДНК или с петлей, образующейся в соответствующем участке РНК-транскрипта, пока остается неизвестным.

В соответствии с современными представлениями о механизмах терминации и антитерминации транскрипции определенное предпочтение можно отдать модели, согласно которой происходит узнавание петли в структуре РНК-транскрипта прежде, чем РНК-полимераза достигает терминаторного участка.

Независимо от конкретных деталей механизма действия N-белка ясно, что он влияет на РНК-полимеразу таким образом, что та после проРис. 15.14. А. Положение известных участков действия белка N-nufL и nutR-n терминаторов на генетической карте фага X. Б. Вторичная структура РНК, образующаяся при транскрипции участков nutL и nutR. В. Вторичная структура РНК, образующаяся при транскрипции участка qut.

int xis exo gam сШ N rex cl его ell OP

fu ki Pl Pr *RI

nuti

РНК-транскрнпты

A G G A U-A C-G C-G C-G G-C

'A

*RZ

3'

'it

SR

хождения через сайт nut перестает «обращать внимание» на все последующие терминаторные участки. Другими словами, благодаря действию N-белка возникает своего рода «безостановочная» (juggernaught) полимераза, которая, как было показано, осуществляет транскрипцию, минуя как р-зависимые, так и р-независимые терминаторы и в ДНК фага X, и в хромосоме E.coli. Единственный известный терминатор, спо

собный остановить транскрипцию, направляемую такой «безостановочной» РНК-полимеразой, это терминатор tR\ предшествующий области локализации поздних генов фага X, транскрибируемых на III стадии процесса фагового развития (рис. 15.13). Особые свойства этого терминатора имеют очевидное физиологическое значение.

Транскрипционные процессы, протекающие на второй стадии развития фага, приводят к экспрессии гена Q. Продукт этого гена необходим для начала транскрипции на III стадии. В нее вовлечены все поздние гены, которые требуются для сборки фаговых частиц и лизиса клетки. Белок Q, подобно белку N, активирует экспрессию генов, выступая в роли антитерминатора, благодаря действию которого транскрипция, инициируемая с промотора PR, может продолжиться за терминаторный участок tR (рис. 15.13, темно-серая стрелка). Считают, что белок Q действует на участке qut, локализованном между PR' и tR, и модифицирует РНК-полимеразу таким образом, что она не прекращает транскрипцию при встрече с tR и другими терминаторами. Так же как и в случае белка N, под влиянием белка Q образуется «безостановочная» РНК-полимераза. Предполагаемая последовательность qut содержит 34 п. н. и характеризуется симметрией второго порядка, благодаря которой соответствующий участок РНК-транскрипта может иметь форму петли, изображенной на рис. 15.14, В. Однако мутаций, подтверждающих предполагаемую функцию qut, пока обнаружено не было.

Разбиение транскрипционных процессов у фага X на стадии используется для того, чтобы разграничить во времени события, определяющие выбор пути фагового развития - лизогенный путь, связанный с включением репрессированного профага в хромосому клетки-хозяина, или литический путь, приводящий к появлению дочерних фаговых частиц и их высвобождению из клетки при ее лизисе. Выбор пути определяется транскрипционными событиями, разыгрывающимися на II стадии, и если выбирается лизогенизация, то III стадия так и не начинается.

Процессы, необходимые для выбора лизогенного пути развития, контролируются динамикой N-зависимой транскрипции генов ell в правом опероне и сШ в левом опероне. Мутации, инактивирующие какой-либо из этих генов, предотвращают лизогению и, подобно мутациям cl, проявляются в том, что соответствующие мутантные фаги образуют не мутные, а прозрачные бляшки. Белок ell является еще одним позитивным регулятором, избирательно активирующим транскрипцию генов, необходимых для развития по пути образования профага и подавления транскрипции левого и правого фаговых оперонов. Этот белок активирует транскрипцию с двух промоторов -Pre (промотор установления репрессии) и Pj (промотор интегразы, см. гл. 14). Транскрипт, образующийся с первого из них, обеспечивает высокий уровень синтеза основного репрессора фага X, белка cl. Второй транскрипт направляет синтез интегразы, необходимой для встраивания ДНК фага в бактериальную хромосому. Эти транскрипты отмечены на рис. 15.13 волнистыми стрелками. Белок сШ необходим только для защиты белка ell от клеточных протеиназ, которые в отсутствие сШ быстро инактиви-руют ell.

Белок ell непосредственно активирует промоторы PrЈH Pj, Определение нуклеотидной последовательности этих промоторов показало, что они очень похожи между собой и заметно отличаются от других изРис. 15.15. Два взаимно исключающих варианта транскрипции генов, контролируемой участком Or. В зависимости от соотношения активностей (концентраций) репрессора cl и белка его будет устанавливаться и достаточно стабильно поддерживаться один из двух вариантов транскрипции. А. Путь, ведущий к лизогении. Б. Путь, ведущий к образованию фагового потомства и лизису клетки.

Cl

Репрессор с!

cl "включен" - его "выключен"

cl

с! "выключен" - его "включен"

его

Белок Сго

вестных промоторов. Они абсолютно лишены сходства с другими промоторами на (— 3 5)-участке связывания с РНК-полимеразой (рис. 15.3). Анализ с помощью «футпринтинга» (см. Дополнение 14.2) показал, что белок ell связывается с ( — 35)-участком этих промоторов и таким образом, вероятно, восполняет систему контактов, необходимую для образования открытого комплекса РНК-полимеразы с промотором.

Ключевым аспектом выбора пути развития фага является конкуренция белков cl и Сго, синтезируемых на II стадии. «Молчание» профага в лизогенной клетке обеспечивается связыванием белка cl с двумя операторными участками Ol и Or, перекрывающимися с промоторами PL и PR соответственно. Связанный белок cl подавляет транскрипцию с PL и PR, препятствуя связыванию РНК-полимеразы с этими промоторами. Более того, при связывании с 0R белок cl одновременно активирует другой промотор Prm (промотор поддержания репрессии), с которого идет транскрипция самого гена cl (рис. 15.13, черная стрелка). При транскрипции с Prm белок cl нарабатывается в количествах, достаточных для поддержания профага в неактивном состоянии неограниченно долго в ходе роста и деления клетки. Интересно, что белок cl таким образом, выступает одновременно в роли как негативного, так и позитивного регулятора.

Белок Сго в свою очередь также способен связываться с операторами и Or. При этом с Or он связывается таким образом, что подавляет транскрипцию гена cl с PRM, но в то же время допускает транскрипцию правого оперона с PR. Таким образом, белки Сго и cl обладают реципрокными свойствами, которые, как показано на рис. 15.15, проявляются в виде двух взаимно исключающих вариантов транскрипции. В варианте «включения» cl и «выключения» его происходит рекомбинация фаговой ДНК с хромосомой хозяина, и клетка становится лизогенной. В обратном варианте: «cl выключен, его включен» происходит интенсивная репликация фаговой ДНК, начинается III стадия транскрипции поздних генов и клетка лизирует. Детали взаимодействия белков cl и Сго с областью 0R обсуждаются в Дополнении 15.1.

Единожды установившись, лизогенное состояние может поддержи

ваться во множестве последующих генераций. Профаг X реплицируется вместе с хозяйской хромосомой и передается дочерним клеткам как часть родительского генома. Однако если клетка в течение некоторого времени подвергается воздействию агентов, повреждающих ДНК, то происходит индукция профага. Активация протеолитического действия белка RecA приводит наряду с расщеплением репрессоров, контролирующих гены системы SOS-репарации (см. гл. 14), и к расщеплению репрессора cl. После этого начинается транскрипция с промоторов PL и PR, которая приводит к наработке белков N и Сго, а затем интегразы и эксцизионазы, направляющих рекомбинационное вырезание профага из хромосомы. Белок Сго подавляет транскрипцию с промотора PRM и последующий синтез белка cl. Вслед за этим происходит репликация фаговой ДНК, начинается III стадия транскрипции, которая завершается лизисом клетки и высвобождением фагового потомства. При попадании образовавшегося дочернего фага в чувствительную клетку для него начинается очередной цикл фагового развития.

Дополнение 15.1. Регуляторные белки фага Х~с\ и Сго

Изучение молекулярных деталей организации системы «переключения» генетических путей за счет взаимодействия белков cl и Сго с областью 0R значительно расширило наши представления как о механизмах регуляции генов, так и о ДНК-белковых взаимодействиях. В последовательности ДНК между генами cl и его расположены два противоположно направленных промотора PRM и PR, а также три структурно близких, но не идентичных палиндромных участка 0R1, 0R2 и 0R3 (рис. 15.16). С этими тремя участками, образующими вместе операторную область Ок, могут связываться как белок cl, так и белок Сго. Противоположная направленность регуляторных эффектов связывания этих белков с областью 0R является следствием как различий в структуре белков cl и Сго, так и характерных различий в специфичности связывания каждого из них с участками 0R1, 0R2 и 0R3. Важнейшие свойства обоих регуляторных белков перечислены в таблице 15,2.

Полипептидная цепь одной субъединицы белка, cl содержит 236 аминокислотных остатков. В ее пространственной структуре можно выделить два домена:

N-концевой (остатки 1-92), взаимодействующий с ДНК, и С-концевой домен (остатки 132-236), ответственный за контакт с С-концевым доменом второй субъединицы белка. Участок цепи с

страница 39
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2019)