Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 42
Текст из файла (страница 42)
В соответствии с современными представлениями о механизмах терминации и антитерминации транскрипции определенное предпочтение можно отда~ь модели, согласно которой происходи~ узнавание петли в структуре РНК-транскрипта прежде, чем РНК-полимераза достигает терминаторного участка. Независимо от конкретных де~алей механизма действия Х-белка ясно, что он влияет на РНК-полимеразу таким образом, что та после про- 186 Щ си Рс Рх ! ! хождения через сайт пиг перестает «обращать внимание» на все последующие терминаторные участки. Другими словами, благодаря действию И-белка возникает свое~о рода «безостановочная» Диддегпаидйг) полимераза, которая, как было показано, осуществляет транскрипцию, минуя как р-зависимые, так и р-независимые терминаторы и в ДНК фага л„и в хромосоме Е.сойп Единственный известный терминатор, спо- Рис.
15.14. А. Положение известных участков действия белка Х- пис, и пиза — и теРминатоРов на генетической карте фага Х. Б. Вторичная структура РНК, образующаяся при транскрипции участков пигь и пшк. В. Вторичная структура РНК, образующаяся при транскрипции участка диг. Экспрессия генетического материала А ии хи схо косо с!н ы сох с! ссо сп ОР ГЗ за ххСс А А С С Л П-А с-с С-С С-С 5' С-С з' ххи А Л А С А 13-А С-С С-С 5' С-С з' схс С А А С А С л С А с С с Т С Л С С-С Л-Т С Т Т-А С-С А-Т Т-А С-С С-С 5' Т С з' * 15.
Регуляаия экспрессии генов у прокариот 187 собный остановить транскрипцию, направляемую такой «безостановочной» РНК-полимеразой, зто терминатор ск', предшествующий области локализации поздних генов фага Х, транскрибируемых на П1 стадии процесса фагового развитии (рис. 15.!3). Особые свойства этого терминатора имеют очевидное физиологическое значение.
Транскрипционные процессы, протекающие на второй стадии развития фага, приводят к экспрессии гена Д. Продукт этого гена необходим для начала транскрипции на !П стадии. В нее вовлечены все поздние гены, которые требуются для сборки фаговых частиц и лизиса клетки. Белок О, подобно белку г(, активирует экспрессию генов, выступая в роли антитерминатора, благодаря действию которого транскрипция, инициируемая с промотора Рк', может продолжиться за терминаторный участок г„' (рнс.
15.13, темно-серая стрелка). Считают, что белок О действУет на Участке 4иб локализованном междУ Р„' и Ск', и модифициРУет РНК-полимераэу таким образом, что она не прекращает транскрипцию при встрече с ск и другими терминаторами. Так же как и в случае белка )к(, под влиянием белка О образуется «безостановочная» РНК-полимераза. Предполагаемая последовательность 4и! содержит 34 п.н.
и характеризуется симметрией второго порядка, благодаря которой соответствующий участок РНК-транскрипта может иметь форму петли, изображенной на рис. ! 5.14, В. Однако мутаций, подтверждающих предполагаемую функцию циг, пока обнаружено не было.
Разбиение транскрипционных процессов у фага Х 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 лнтнческий путь, приводящий к появлению дочерних фаговых частиц и их высвобождению из клетки при ее лизисе. Выбор пути определяется транскрипционными событиями, разыгрывающимися на П стадии, и если выбирается лизогенизация, то П1 стадия так и не начинается. Процессы, необходимые для выбора лизогенного пути развития, контролируются динамикой )к(-зависимой транскрипции генов с11 в правом опероне и с1П в левом опероне.
Мутации, инактивирующие какой- либо из этих генов, предотвращают лизогению и, подобно мутациям с1, проявляются в том, что соответствующие мутантные фаги образуют не мутные, а прозрачные бляшки. Белок сП 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 праматоров — Ркл (промотор установления репрессии) и Р1 (промотор интегразы, см. гл.
!4). Транскрипт, образующийся с первого из них, обеспечивает высокий уровень синтеза основного репрессора фага Х, белка с1. Второй транскрипт направляет синтез интегразы, необходимой для встраивания ДНК фага в бактериальную хромосому. Эти транскрипты отмечены на рис. !5.!3 волнистыми стрелками. Белок сП1 необходим только для защиты белка сП от клеточных протеиназ, которые в отсутствие сП1 быстро инактивируют сП, Белок сП непосредственно активирует промоторы Ран н Рь Определение нуклеотидной последовательности этих праматоров показало, что они очень похожи между собой и заметно отличаются от других из- сг "включен" — сю "выключен" ы ФФ йй йй чя Белок Ссо и "вепслючен" — ссо "включен" вестных промоторов.
Они абсолютно лишены сходства с другими промоторами на ( — 35)-участке связывания с РНК-полимеразой (рис. 15.3). Анализ с помощью «футпринтинга» (см. Дополнение 14.2) показал, что белок сП 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 с1 и Сто, синтезируемых на П стадии. «Молчание» профага в лизогенной клетке обеспечивается связыванием белка с1 с двумя операторными участками Оь и Ок, перекрывающимися с промоторами Рь и Ра соответственно.
Связанный белок с1 подавляет транскрипцию с Р, и Р„, препятствуя связыванию РНК-полимеразы с этими промоторами. Более того, при связывании с О„белок с1 одновременно активирует другой промотор Рям (промотор поддержания репрессии), с которого идет транскрипция самого гена с1 (рис. 15.!3, черная снсрелка). При транскрипции с Рям белок с1 нарабатывается в количествах, достаточных для поддержания профага в неактивном состоянии неограниченно долго в ходе роста и деления клетки.
Интересно, что белок с1 таким образом, выступает олновременно в роли как негативного, так и позитивного регулятора. Белок Сто в свою очередь также способен связываться с операторами Ос и Ок. При этом с Ок он связывается таким образом, что подавляет транскрипцию гена с1 с Рлм, но в то же время допускает транскрипцию правого оперона с Р„. Таким образом, белки Сто и с1 обладают реципрокными свойствами, которые, как показано на рис. 15.15, проявляются в виде двух взаимно исключающих вариантов транскрипции.
В варианте «включения» с1 и «выключения» сго происходит рекомбинация фаговой ДНК с хромосомой хозяина, и клетка становится лизогенной. В обратном варианте: «с1 выключен, сго включен» происходит интенсивная репликация фаговой ДНК, начинается 111 стадия транскрипции поздних генов и клетка лизирует. Детали взаимодействия белков с1 и Сто с областью Он обсуждаются в Донолнении 15.1.
Единожды установившись, лизогенное состояние может поддержи- Рнс. 1535. Два взаим- но исключающих ва- рианта транскрипции генов, контролируемой участком Ок. В зави- симости от соотноше- ния активностей (кон- центраций) репрессора с! н белка сто будет устанавливаться и до- статочно стабильно подаерживаться один из двух вариантов транскрипции. А. Путь, ведущий к лизогеннн. Б. Путь, ведущий к образованию фагово- го потомства и лизнсу клетки. Экспрессия генетического масиериа.ча ваться во множестве последующих генераций. Профаг Х 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 КесА приводит наряду с расщеплением репрессоров, контролирующих гены системы БОБ-репарации (см. гл. 14), и к расщеплению репрессора с1. После этого начинается транскрипция с промоторов Рь и Рк, которая приводит к наработке белков Х и Сго, а затем интегразы и зксцизионазы, направляющих рекомбинационное вырезание профага из хромосомы.
Белок Сто полавляет транскрипцию с промотора 1)гм и последующий синтез белка с1. Вслед за этим происходит репликация фаговой ДНК, начинается П1 стадия транскрипции, которая завершается лизисом клех-и 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-с1 и Сго 15.
Регуляция экгпрессии генов у пракариагп Изучение молекулярных деталей организации системы «переключения» генетических путей за счет взаимодействия белхов с! и Сто с областью Ок значительно расширило наши представления как о механизмах регуляции генов, так и о ДНК-белковых взаимодействиях. В последовательности ДНК между генами с1 и сго расположены два противоположно направленных промотора Рви и Ря, а также три структурно близких, но не идентичных палиндромных участка Ох1, Ок2 и ОкЗ (рис. 15.!б). С этими тремя участками, образующими вместе операторную область Ок, могут связываться как белок с1, так и белок Сто.
Противоположная направленность регуляторных эффектов связывания этих белков с областью Ок является следствием как различий в структуре белков с1 и Сто, так и характерных различий в специфичности связывания каждого из них с участками Ох1, 0„2 и 0„3.
Важнейшие свойства обоих регуляторных белков перечислены в таблице 15.2. Полипептидная цепь одной субъединицы белка с1 содержит 236 аминокислотных остатков. В ее пространственной структуре можно выделить два домена: 1Ч-концевой (остатки 1 — 92), взаимодействующий с ДНК, и С-концевой домен (остатки 132 — 23б), ответственный за контакт с С-концевым доменом второй субьединицы белка. Участок цепи с 93 по 131 остаток образует перемычку между двумя функциональными доменами, на которой расположен участок атаки протеиназы КесА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
