Пташне - Переключение генов - 1988, страница 12

Из рис. 3.6 видно, что он включает гены слева от Гт', в том числе сШ и !еггы рекомбинации, и гены справа от гго, в том числе гены с11 и гены репликации ДНК О. Р и О. и не включает гены головки, хвостового отростка и Я с зффек|ивностью, достаточной для литического роста. Рис 3 Г> Ранние события Белок Н включает ранние гены, расположенные слева от гена М и справа от гена сто Треугольник, изображающий белок Х, расположен пад самым началом мРНК, транскрипция которой идет налево, но иа некотором расстоянии от начала мРНК, которая считывается направо Гобъяснение см в тексте) вчастоа пнт Рис 3 7 Действие белка Х В отсутствие этого белка полимераза не реагирует на сайт Миг и, достигая сигнала терминации синтеза.

высвобождает мРНК и отсоединяется от ДНК В присутствии же белка Х потимераза пройдя сайт Миг. пропускает сиз нал терминации Действие Х в качестве позитивного регулятора в корне отлично от аналогичного действия репрессора, описанного в гл. 1. Белок Х придает РНК-полимеразе способность осуществлять транскрипцию через те области ДНК, на которых в его отсутствие происходит терминация (обрыв) синтеза мРНК. М называют антитерминатором. В присутствии белка 1М наблюдается успешный синтез протяженных молекул мРНК на генах % и сго и в результате включаются соседние (фланкирующие) гены.

Детальный механизм действия белка Х не установлен. Мы знаем„что он узнает специфическую последовательность Хш (от англ. Х ий!гкайоп — использование белка 1~): когда полимераза проходит через эту последовательность, она, очевидно, модифицируется под действием белка Х,поскольку при дальнейшем продвижении пропускает многие 1хотя и не все) последующие сигналы терминации. Один участок Гч'ш расположен между Рь и началом гена Х, а другой находится рядом с геном гго у самого его правого конца. На рис. 3,7 особо отмечен тот факт, что участок, узнаваемый белком Х (1ч'пг), отличен от того места, ~де собственно происходит анти-терминация. На этом этапе дальнейшие пути расходятся.

Г1ри литическом росте работают белки О и Сго, а при лизогении — СН, С111 и в конде концов С1. Опишем теперь, как проявляется активность этих двух групп регуляторных белков, а затем вернемся к вопросу о том, как принимается решение об экспрессии той или другой группы. Поздняя стадия лнтической ннфекннн Из рис. 3.8 видно, что белок О включает поздние гены- гены лизиса и белков головки и хвостового отростка.

Я работает подобно Х, с тем отличием, что он гюдавляет терминацию вполне определенной небольшой РНК, которая начинается с промотора Р'„, расположенного за геном Д у самого его правого конца. Короткая (оборванная) мРНК синтезируется под действием бактериальной РНК-полимеразы. Если О осуществляет анти-терминацию, то синтез этой мРНК идет по кольцевой фа~овой хромосоме через гены головки и хвостового отростка. Тем временем белок Сто связывается прежде всего с 0„ 3, как описано в гл.

1, чтобы подавить дальнейший синтез репрессора. Затем он связываешься со вторым оператором, 0„, и выключает транскрипцию с промотора Р„, а также с другими участками оператора 0„ и подавляет Р„. Итак, после первоначального бурно~о синтеза эти ранние транскрипты, идущие налево и направо, подавляются белком Сго. На поздней стадии накапливается поста~очное количество белка Рис.

3 К Поздняя стадия лизиса. Участок, который узнает белок (.), йггг, распоггожен в непосредственной близости к началу длинного транскрипта. который инициируется на промогоре Рк'. Полимераза. модифицированная белком г.>, транскрибирует поздние гены в виде одного длинного транскрипта. т1, чтобы активировать образование белковых оболочек, в которые упаковываются новообразованные молекулы ДНК Х. Бактериальная клетка разрушается, и новые фаговые частицы выходят в среду. Поздняя стадия лизогеяии Как видно из рис. 3.9, продукт гена с!1 включает гены с1 и гип Белок СП работает как активатор генов, подобно репрессору ); он способствует связыванию РНК-полимеразы и началу гранскрипции на двух промоторах, Р и Р,, которые без этого белка бездействуют.

Теперь мы можем ответить на вопрос, поставленный в гл. 1. Мьг видели, что репрессор включает свой собственный ген, поддерживая тем самым постоянный синтез репрессора при лизогении. Как же начинаемся синтез репрессора в отсутствие самого репрессора? Дело в том. что ген с1 может транскрибироваться с одного из двух промоторов, один из которых активируется репрессором, а второй — белком СП. Напомним, что при лизогении репрессор стимулирует тРанскРипцию с Ркм (от англ.

77гошогег Гог геРгеиюг дга)п~епапсе- промотор для поддержания концентрации репрессора). Однако в клетке, где нет репрессора, белок СП заставляет полимеразу транскрибировать 7 ен с1 с другого промотора, Р ~от англ, ргошогег 1ог гергеааог гзгаЫ1зЬтеп!--промотор для первоначального синтеза репрессора). Начиная с Р „, полимераза осуществляет транскрипцию налево до конца гена репрессора г1. При трансляции этой мРНК образуется репрес- 70 Рис З.а Поздняя стадия лизогении. Белок СП направляет сранскрнппию лаух генов, необходимых для установления лизогсиного состояния Нсс этой ссадин ранние гены, по-видимому, епсс включены, но нх транскрипты на рисхнке пс показаны, сор (но не белок Сго, так как ген сто транскрибируется в обра~ном направлении).

Заставляя полимеразу «стартоватьн с другого промотора, Р„СП стимулирует транскрипцию гена слс в левую сторону. Продукт гена спс обеспечивает встраивание фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому. Рспрессор, синтезированный при трансляции мРНК, которая была инициирована на промоторе Р»и, связывается с Оь и О„. В результате связывания с зтимй двумя участками репрессор стимулирует транскрипцию своего собственного гена с Р и и выключает все остальные фаговые гены. При лизогении поздние тены выключены, так как нет белка х с, а ген Д выключен, потому что выключен ген Х. Регуляторный каскад фага Х контролируется ресуляторными белками, которые действуют всего в нескольких участках фас овой хромосомы.

Это становится возможным потому, что гены, кодируюсцие родственные белки гфункции), собраны вместе и транскрибируются в одном направлении. Принятие ренсения Тессерь, когда мы описали лва пути развития, которые открываются перед фатом ). цосле проникновения его в бактериальную клетку, мы можем спросить: чем же определяется выбор этих путей? Какие фак горы заставляют систему идти по пути лизиса или лизогении". У нас нес полной ясносси в эгсэзс вопросе. по мы можем соссавить весьма правдополооный сценарий. Если говорить в Заражелне Бактериальяые прогеазы с1 Лизогення Ливис Рис. 3.10. Принятие решения о выборе пути развития !ливис или лизе~ения). Активность белка Сн регулируется хозяйскими нротеазами.

Хотя белок СЦ! на рисунке не изображен, факторы клетки-хозяина могут оказывать свое влияние через этот белок, зшдишаюший СП от расшеилення. По-видимому, другие хозяйские белки могуч также регулировать транслянию мРНК белка С! !. двух словах, решение принимается на уровне одного-единственного белка СИ. Это положение проиллюстрировано на рис.

3.!О. Если активность СИ 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 СИ зависит от состояния окружающей среды. Согласно предполагаемой схеме (рис 3. ! 0), 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 прн голодании — наоборот, поэтому 2.

чаше лизогенизирует голодающие клетки. В этом есть смысл, так как в голодающих клетках не хватает компонентов, необходимых для эффективного лнтического роста 2.. Белок СИ1 фага 2. также способствует установлению лизогении; его роль состоит в защите СИ от деградации. Защитное действие С1И носит ограниченный характер, и при определенных условиях окружаю!цей среды большая часть СИ инактивируется, несмотря на присутствие С1И.

Но если С1И нет, СИ практически полностью инактивируется и фаг может размножаться только литически. 72 Теперь сравним результат заражения клеток, в которых активность протеаз, разрушающих белок СП, высока и низка. ° В тех клетках, где СП быстро разрушается, т.е, активность протеаз высока, репрессор не син.гезируется. Идет синтез белков Я 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 1пк Этот белок синтезируется на мРНК, транскрибированной с промотора Р, .

° В тех клетках, где активность С11 высока, т. е. активность протеаз низка„идет интенсивная транскрипция генов с! и тг с промоторов Р„и Р, соответственно (рис. 3.9). Белок 1п1 обеспечивает интеграцию фаговой хромосомы„а репрессор связывается с опера~орами О„и О„и выключаеч все фаговые гены, кроме с!. Возникает состояние лизогении. Если бы во втором случае белок Сго связывался с 0«3 прежде, чем репрессор свяжется с Оя1 и Оя2, фагу было бы трудно перейти в состояние лизогении. Мы полагаем, что этого никогда не происходит при высокой активности белка СП. Скорость синтеза репрессора, стимулированного СП, достаточно высока, чтобы с учетом относительного сродства репрессора и Сго к соответствующим участкам могло установи.гься состояние репрессии. Тогда ген его будет выключен еще до того, как образуется достаточно белка Сго, чтобы выключить Р „. Регуляции интеграции и эксцизии В интеграции участвует только один фаговый белок 1пц но обратная реакция-эксцизия-нуждается в двух белках, 1п1 и Хпь Гены, кодирующие эти два белка, соседствуют в хромосоме, и их экспрессия в нужный момент обеспечивается двумя регуляторными механизмами.

В одном из ннх участвует белок СП, способствующий установлению лизогении, другой представляет собой новый способ регуляции, который мы еще не обсуждали,-регуляцию активности мРНК. Для того чтобы понять логику дейсгвия этих регуляторных механизмов, рассмотрим три возможных состояния фага. Первое -фаговая хромосома проникла в кле~ку и «собирается» ее лизогенизировать; второе-фаговая хромосома будет размножаться литически; третье- интегрированный ирофаг «собирается» ответить на индукцию, т.е. выйти из бактериальной хромосомы путем эксцизии и приступить к литическому росту.

Установление лизогеиии Чтобы обеспечить интеграцию. фаг должен синтезировать как можно больше белка !ш и как можно меньше белка Х)з. Как !стопа~ Рис 3 1! Стимуляция транскрипции гена шг под лейсгвием белка С!1 Промотор гена ~пг Р, находится в предслак гена ти Таким образом, СП стимулирует образование белка !нг, но нс Х1з показано на рис 3!1, белок СН включает транскрипцию !п1, но не хы Подобно тому как он активирует Р, включая синтез репрессора, он действует одновременно и на промотор Р, Синтез мРНК, инициированный с Р„обрывается в конце гена !пу, и при трансляции таких мРЙК образуется много белка 1п! Некоторое количество 1и! и Хгз могло бы сннтезироваться на мРНК, синтезированной с Рь, но белок С11 обеспечивает большой избыток 1и! при лизогенном пути развития Литический рост В этом случае фаг синтезирует преимущественно белок Хпц а не 1и1, так что реплицирующиеся фаговые хромосомы не встраиваются без необходимости в хозяйскую хромосому а з Неизвестная нуняеаза а " Рнс 3 !2 Рстрорегуляция Участок мРНК, считанный с обыстн нЬ, образует шпитьку бактериальный фермент РНКаза 1!! узнает и раснгепляет зту шпильку Затем лругне бактсриальные РНКазы расщепляют мРНК.