Выключение синтеза белка в бактериальной клетке с помощью олигоглутамилирования рибосомного белка S6 (1105555), страница 9
Текст из файла (страница 9)
2.11представленныхвидно,чтонарибосомы,содержащие модифицированный S6 (изклеток дикого типа из стационарнойфазы роста), синтезируют белок почти напорядокменееэффективно,чеманалогичные рибосомы без модификации(из клеток ∆rimK из стационарной фазыроста). Рибосомы, выделенные из клетоклогарифмическойсинтезируютфазыбелокэффективностьювсроста,одинаковойслучаеобоихРисунок 2.11. Активность рибосом из клетокдикого типа и ∆rimK in vitroштаммов.
Необходимо отметить, чтообщее снижение активности рибосом в стационарной фазе наблюдается в клетках обоихштаммов. Очевидно, что олигоглутамилирование S6 – не единственный механизмвыключения трансляции в условиях дефицита ресурсов. К решению важной проблемыэкономии ресурсов клетка подходит с нескольких сторон.Когда количество питательных веществ становится ограниченным, бактериальнаяклеткапереходитвтакназываемуюстационарнуюфазу,состояние,котороехарактеризуется рядом морфологических и физиологических особенностей. Форма клеткистановится более компактной, близкой к сферической, нуклеоид конденсируется, клеткистановятся устойчивыми к различным формам стресса.
Такая трансформация связана сизменением в экспрессии более 200 различных генов, ряд из которых кодируют белки,60связывающиеся с рибосомой и оказывающие влияние на процесс трансляции: белок Y(YfiA), RMF, HPF, RsfS (YbeB), EttA, SRA и YqjD [84].В случае аминокислотного голодания в клетке накапливается деацилированнаятРНК. Попадание такой незаряженной тРНК в А-сайт рибосомы приводит к активациифермента RelA. Последний синтезирует гуанозин-3'-дифосфат-5'-трифосфат (pppGpp),который затем переводится в гуанозин-3'-дифосфат-5'-трифосфат (ppGpp) под действиемpppGpp 5’-фосфогидролазы GppA.
Молекула ppGpp также синтезируется ферментом SpoTв ответ на ряд клеточныз стрессов: дефицит жирных кислот, фосфора, железа, источниковуглерода, гиперосмотический шок и окислительный стресс.Молекула (p)ppGpp связывается с β-субъединицей РНК-полимеразы, как считается,при помощи дополнительного фактора DksA. Это приводит к подавлению транскрипциигенов, кодирующих компоненты трансляционного аппарата: рРНК, рибосомные белки,факторытрансляции,атакжекактивациитранскрипции генов,метаболические ферменты, в частности, ферменты,кодирующихучаствующие в биосинтезеаминокислот.
Кроме того, (p)ppGpp запускает экспрессию гена rmf, кодирующегорибосомный гибернационный фактор RMF.Рисунок 2.12. Сайты связывания гибернационных факторов RMF (показан синимцветом), HPF (показан зелёным цветом) и YfiA (показан жёлтым цветом) [85].61Белок RMF связывается с 3’-концевой областью 16S рРНК между головой иплатформой малой субчастицы в районе последовательности анти-Шайн-Дальгарно(рис.
2.12). Таким образом, становится невозможным взаимодействие области ШайнДальгарно мРНК с малой субчастицей, и, как следствие, подавляется инициациятранляции. Кроме того, связывание RMF c рибосомой вызывает поворот головы малойсубчастицы, благодаря которому стабилизируется конформация, при которой возможнадимеризация70Sрибосомныхчастицсобразованием90Sчастиц,которыестабилизируются за счёт связывания другого гибернационного фактора HPF. В результатеобразуются трансляционно неактивные 100S димеры рибосом. Они представляют собойдве 70S частицы, соединённые в результате контактов между малыми субчастицами(рис.
2.13) [85,86]. Контакт между малыми субчастицами образуется за счёт погружениябелка S2 в карман, образованный белками S3, S4 и S5 другой субчастицы.Сайт связывания гибернационного фактора HPF с рибосомой находится в каналемежду головой и телом малой субчастицы (рис. 2.12). Он перекрывается с сайтамисвязывания мРНК и тРНК, а также факторов трансляции IF1, IF3 и EF-G, которыепринимают участие в диссоциации 70S рибосомной частицы.
Таким образом, белкок RMFобеспечивает образование димера рибосом, а HPF защищает его от диссоциации насубчастицы.Димеризация рибосом является обратимой. Когда клетка попадает в богатуюпитательными веществами среду, RMF и HPF уходят с рибосомы, и 100S димерыдиссоциируют на активные 70S частицы. Таким образом, образование 100S частициспользуется для временной «консервации» рибосом в период недостатка ресурсов.Другим известным рибосомным гибернационным фактором, который так жеиндуцируется в стационарной фазе посредством (p)ppGpp, является белок YfiA,последовательность которого на 40% идентична HPF. Сайты связывания HPF и YfiA срибосомой совпадают, но при этом они оказывают противоположное действие наобразование 100S рибосомных димеров.
Дело в том, что YfiA, в отличие от HPF, содержитв стуктуре удлинённый С-концевой хвост, который блокирует сайт связывания RMF(рис. 2.12). Кроме того, YfiA стабилизирует голову малой субчастицы в её апоконфигурации. В результате образования 100S рибосомного димера не происходит.Связавшись с рибосомой, YfiA «консервирует» её в виде 70S мономера, защищая её отдиссоциации и блокируя трансляцию [85].
Когда клетка попадает в благоприятныеусловия, белок YfiA покидает рибосому, в результате чего трансляция возобновляется[84].62Рисунок 2.13. Структура 100S рибосомных частиц в двух перпендикулярных проекциях.50S субчастицы окрашены циановым и розовым, 30S субчастицы окрашены жёлтым изелёным. Область контакта малых субчастиц, выделенная пунктирными линиями,показана справа в увеличенном виде в двух перпендикулярных проекциях. Элементыструктуры рибосомы обозначены следующим образом: bk – клюв малой субчастицы, CP –центральный протуберанец большой субчастицы, bd – тело малой субчастицы, hd –голова малой субчастицы, pt – платформа малой субчастицы рибосомы, sp – отрог малойсубчастицы, st – L7/L12-стебель. Ось симметрии второго порядка показана краснымцветом [87].Другой подход к ингибированию трансляции заключается в блокировке связываниясубчастиц.
Этот подход реализуется с помощью белка YbeB, который связывается с 50Sсубчастицей (белком L14) и препятствует образованию 70S рибосом, что также приводитк подавлению синтеза белка в условиях дефицита ресурсов (рис. 2.14) [88].63Рисунок 2.14. Механизм действия YbeB. В стационарной фазе YbeB связывается с белкомL14 и блокирует образование 70S рибосомных частиц [88].Показателем доступности питетельных веществ и запаса энергии в клетке можетслужить соотношение АДФ/АТФ. Чем оно выше, тем меньше энергетических ресурсов. Вбактериальной клетке существует механизм регуляции синтеза белка в ответ на текущеесоотношение АДФ/АТФ.
Белок EttA ингибирует трансляцию в случае накопления вклетке АДФ и недостатке АТФ [89]. EttA связывается с рибосомой на стадии инициациитрансляции в Е-сайте, располагаясь между белком L1 и инициаторной тРНК в P-сайте(рис. 2.15). В структуре EttA есть два АТФ-связывающих домена, связывание с рибосомойEttA в комплексе с АДФ ингибирует трансляцию, если же EttA связан с АТФ, то послегидролиза последнего до АДФ EttA покидает рибосому, не влияя на её работу [90].Экспрессия гена ettA увеличивается в стационарной фазе.Рисунок 2.15.
Сайт связывания EttA (показан красным цветом) на малой (показанажёлтым цветом) и большой (показана голубым цветом) субчастицах рибосомы. тРНК вА- и Р-сайтах показаны фиолетовым и зелёным, соответственно [90].64Ещё одним предполагаемым рибосомным гибернационным фактором являетсябелок YqjD. Он состоит из С-концевого трансмембранного домена и N-концевого домена,который связывается с 70S или 100S рибосомой. YqjD синтезируется в стационарнойфазе, экспрессия регулируется сигма фактором RpoS.
Предполагается, что YqjDсвязывается с рибосомой в стационарной фазе, ингибируя её активность и локализуя еёвозле клеточной мембраны. У белка YqjD в E. coli есть два паралога: ElaB и YgaM,которые синтезируются и взаимодействуют с рибосомой аналогично YqjD [91].Известно, что белок SRA также связывается с рибосомой только в стационарнойфазе (в логарифмической фазе роста он представлен в количестве 0,1 копия SRA на однурибосому, в стационарной фазе эта цифра возрастает до 0,4). Функция SRA до сих пор неустановлена [92].Таким образом, бактериальная клетка использует целый ряд механизмов дляподавления процесса трансляции в условиях дефицита ресурсов. Эти механизмы важныдля адаптации клеток к неблагоприятным условиям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
