Пташне - Переключение генов - 1988, страница 4

Однако при УФ-облучении почти все лизогенные клетки в популяции лизируются и дадут новый урожай фаг а Улырафиолетовый свег включает или индуцирует молчавшие до снх пор фаговые гены. и начинается литический цикл. Литический цикл в лизогенных клетках индуцируют многие '1!тугие воздействия, повреждающие хозяйскую ДНК, а не !ько УФ-свет. Чтобы «почувствовать» предстоящую гибель яйской клетки под действием индуцируюшего воздействия, : .;. »вая хромосома использует бактериальные ферменты.

Она к!пает многократно повторенный путь пассивной реплигхппи и переходит на путь литического развития. В данной главе объясняется, каким образом фаговые гены ькшсрживаются в молчащем состоянии при лизо!.енин и как происходит их включение с высокой эффективностью при переходе на путь литического развития при действии индупирукэшего сигнала на лизогенную клетку.

В общих чертах церсключение происходит следующим образом. В лизогенной клетке работает единственный фаговый ген, к»дирующий белок — репрессор фага !, Репрессор является и позитивным, и негативным регулятором экспрессии генов. Связываясь всего с двумя операторами ДНК фага 2., он выключает все остальные фаговые гены и включает свой с»»сТвенный геп, 1В гл. 3 объяснено, как включается ген, к»дирующий репрессор, в самом начале, сразу после заражения, когда никакого репрессора в клетке еще нет.) — ДНХ .— головка ХВОСТОВОЙ ОтООСТОИ Рис !.1.

Частица фага Х Хромосома фага х длиной около 50000 пар оснований находится в головке фага, где она намотана на белковую сердцевину. 21 Хотя в лизогенной клетке имеется только один профаг, в ней содержится около 100 активных молекул репрессора и лишние молекулы репрессора могут связаться с любой добавочной хромосомой л., проникшей в клетку В результате фаг не может литически размножаться в лизогенных клетках (рис. 1.3) Говорят, что лизоген обладает иммунитетом по отношению к заражению )ь Ультрафиолетовое облучение лизогенных клеток инактивирует репрессор.

В результате синтезируется другой фаговый регуляторный белок †С. Сго начинает литический цикл и необходим для него, Он связывается с теми же операторными участками, что и репрессор, но оказывает противоположное физиологическое действие. Именно зти два регуляторных белка вместе с РНК-полимеразой и соответствующими промо- Иялукаия с помешаю 9Ф Ливис Лнзогеиия Рис 1 2 Пути развития фага Ь Хромосома фага, введенная в клетку, вызывает либо лизис, либо лизогенизацию Ультрафиолетовое облучение лизогена индуцирует литический процесс Индукции лизогенов была впервые про- демонстрирована в случае профага бактерии Васгдиг гнедагепигп Рис.!.3.

Иммунитет х-лизогена. Другие частицы фага х могут ввести свою ДИК в клетку, лнзогенную по фату х, но молекулы репрессора немедленно выключают гены таких «суперинфицирующихв 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 1«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 Сто„выключен; во втором, т.е. при литическом росте, ген сго 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 Сто, а именно с1 и сго, соседствуют в хромосоме Х. Эти гены транскрибируются в противоположных направлениях 1рис. 1.4). гочки 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. !.4 видно, что каждый из генов с1 и сто имеет свой собственный промотор. Промотор ст', который обозначают Р„„, направляет полимеразу налево, а промотор сго, Р„- найраво. Участки молекулы ДНК, образующие эти промоторы„на рисунке выделены цветом. Обратите внимание, что эти два промотора соседствуют, но не перекрываются.

23 сг ого — о„ »»ячвь его-тваясхвявт Рис 14 Неболыной участок молекулы ДНК фага х Два лромогора, расположенные «свина к спине» 1Р,н и Р„1, залускан>т движение лочимсразы в противоположные стороны налево иле г транскрнллия гена ренрессора г1„ направо гена гго Правый оператор Оа состоят из трех час~ей н перекрывается с обоими нромоторами Каждый из трех участков, обратуюлгих оператор, называют олераторным учасгком Три расположенных рядом участка, 0„1, Оа2, Ок3, образуют 0„— правый оператор 2».

Оп также показан па 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 Ок2 перекрывается с обоими промоторами. Каждый операторный участок состоит из ! 7 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 па 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 Р„и 0„. Кроме того, имеются левые промотор и оператор, Рг и О„„но они не участвуют в переключении. Обозначение гена с1 отличает его от генов гП и с1Н; обозначение маго" происходит от первых букв английских слов сопгго1 о1 гергеззог апс1 ог1тег яепеа-регуляция гена репрессора и других генов, 24 поскольку именно в этом состоит функция данного гена Буква М в обозначении Р „происходит от английского слова гпазп1епапсе 1поддержание состояния репрессии) и отличает его от родственного промотора, который будет описан в гл 3.

РНК-полимер а за РН К-полимераза — фермент, который транскрибирует фаговую ДНК с образованием РНК,— поставляется клеткой-хозяином. При связывании с Рн полимераза «настраивается» на транскрипцию гена сто (в правунз сторону), а при связывании с Р „— на транскрипцию гена г1 (в левую сторону). Рис 1.5 иллюстрирует, какие положения занимали бы молекулы полимеразы, егди оы они связались одновременно с двумя промот орами. В действительности эти два промотора в кле~ке нико~да не бывают заняты одновременно: в зависимости ог состояния аппарата переключения полимераза связывается лишь с одним из цих.

Итак, в присутствии репрессора полимераза может связаться с Р „, но никогда не свяжется с Р, а в присутствии Сто †наобор. Один из ключевых вопросов, который ставится в настоящей главе: каким образом репрессор и Сго оказывают это противоположное действие? Важное различие между промоторами Р„и Р„м 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 Р, наоборот, эффективно используется полимеразой только при помощи белка-активатора; ез о роль выполняет репрессор. Рис 1 5 Явление, которое на самом дплс нико~да нс наблгодастся В принпипс лвс молекулы РНК-полимсразы могли бы занять олноврсмспно промоторы Р„и Р,и на одной и той жс молскулс ДНК Однако этого нс происходит в присутствии рспрсссора полимсраза может занять Р„„, но нс Р„, а в присутствии бслка Ого она может занять Р„, но нс Ряи 25 Репрессор Репрессор (он схематически изображен на рис. 1.6) — это белок из 23б аминокислот, который уложен в виде двух округлых, близких по размеру глобул — доменов. Домены соединены цепочкой из 40 аминокислот и называются амино- и карбокси- 216 ац 92 Рис.

1.6. Репрессор Х. Амине-концевой домен репрессора включает аминокислоты 1-92, а карбоксн-концевой — остатки 132 — 236. Остальные 40 амино- кисяот связывают домены между собой. Рис. 1.7. Димсризация 2-репрессора. Мономеры репрессора ассоциируют с образованием димеров, которые в свою очередь могут диссоциировать на мономеры. В таких случаях говорят, что мономеры находятся в равновесии с димерами. Чем выше концентрация репрессора, тем большая часть его молекул находится в виде димеров.