Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Сформировавшийся комплекс стабилен и может функционировать в течение многих циклов репликацни. Вполне возможно, что способность образовывать преинициаторный комплекс — широко используемый регуляторный механизм. Связывание белкового фактора с промотором приводит к тому, что промотор становится способным к взаимодействию с РНК-полимеразой, так что по существу регуляторный фактор включает ген. На рис. 11.11 приведена модель, объясняющая, каким образом одна молекула фактора способна стимулировать несколько последовательных циклов транскрипции, инициируемых с определенного промотора. При инициации Часть П1. Синтез РНК 156 Рекомендуемая литурйтура РНК-лолиюврааа лолиовву ро улл ориую облаою Глава 12 СИСТЕМНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ ТРАНСКРИПЦИИ Рис.
11 11, Вспомогательный регуляторный фактор лля гена 58-РНК связывается с некодирующей цепью и, следовательно, может оставаться йрикрепленным к ДНК в течение многочисленных циклов транскрипции. фактор остается связанным с некодирующей цепью и благодаря этому не вытесняется. Мы думаем, что будут охарактеризованы и другие аналогичные факторы, играющие важную роль в выборе промотора. Хотя способность рассматриваемых генов транскрибироваться опрелеляется промотором, расположенным внутри кодирующей последовательности, стартовая точка также способна оказывать некоторое влияние на этот При обычном делении клетки бактериальная РНК-полимераза остается неизменной.
Один и тот же фермент транскрибирует все гены и поэтому способен узнавать широкий круг промоторов. Под контролем этих промоторов находятся гены, экспрессирующиеся с различной эффективностью и в различных условиях. Способность инициировать транскрипцию на определенном промоторе процесс. Изменения в области, находящейся непосрелственно левее стартовой точки, могут влиять иа эффективность транскрипции. Действительно, описан один яркий пример, когда два гена для тРНК имеют идентичные последовательности, а области, находящиеся перед генами, различны и соответственно эти гены транскрибируются с различной эффективностью. Таким образом, за первичное узнавание гена ответствен внутренний промотор, возможно совместно с регуляторными факторами, но частота инициации определяется областью, прилежащей к стартовой точке, и возможно, принимающей непосредственное участие во взаимодействии с РНК-полимераэой !11. Взаимодействие РНК-полимеразы с ее промоторами подробно описали Гилберт (Б!1Ьегг, йучА Ро)ушегаве 1.ов!с)с апд СЬшпЬегйп, Ес(в, Со!0 Брг)пй НагЬог (.аЬога1огу, )л)еач Уог)с, ! 976, рр.
193 — 206), Сибенлисп Симпсон и Гилберт (5геЬеи!01, В|тиркоив Б!!Ьегр, Се!!. 20, 269 — 281, 1980). Анализ канонических последовательностей промоторов был проведен Розенбергом и Куртом (ВовепЬегд, Сонг!, 13, 319 — 353, 1979). Влияние суперспирализованного состояния ДНК на функцию промотора было описано Смитом (5т!1Ь, Се11, 24, 599-600, 1981). Некоторые методические приемы, используемые для характеристики эукариотических праматоров РНК-полимеразы !1, и полученные результаты рассматриваются Корденом и др.
(Сокр(еи ег а!., Бс(енсе, 209, 1406 — 14!4, 1981); ряд особенностей канонических последовательностей коро гко описаны Брезнатчем и Шамбоном (Вгеагйиасй, СйашЬои, Апп. Кеу. Вюсйегп. 50, 349 — 383, 1981). Вопрос о различиях в функционировании промотора ш у!уо и ш уйго освещен Макнайтом. и др, (МсКп!8М, Се!1, 25, 385 — 398, 1981). Обзор по транскрипции генов 58 написан Корном (Коуп, )ч!а!цте, 295, 10! — 105, 1982). Прирола лвухкомпоиентного промотора для генов тРНК исследована Газли, Хофстеттером и Бирнстилом (6а!!1, Ноукретгег, В!паз!!е(, Жа1цге, 294, 626 — 631, 1981) и описана в обзоре Холла и др.
(Ной е1 а!о Се!1, 29, 3-5, 1982). Всесторонний анализ влияния энхансеров вируса БЧ40 на транскрипцию генов осуществили Банерджи, Рускони и Шаффнер (Ванек!1, Виксои1, 5сйа(- Гиег, СеН, 27, 299 — 308, 1981); о существовании ретровирусных энхансеров сообщили Левинсон и др. (Ьеушвоп ег а!о 295, 568 — 572„198!).
контролируется, по-видимому, путем многочисленных модификаций, придающих ферменту различную специфичность или же подавляющих его активность. При этом изменения никогда не затрагивают самих субъединиц фермента. По-видимомув такой механизм не является совершенным, так как модификации, позволяющие РНК- полимеразе специфически узнавать олин вид промоторов, 12. Переключения инициирования транскрипции ! 57 могли бы препятствовать взаимодействию с другим. Это привело бы к ограничению возможностей фермента. Сразу же, как только стало ясно, что функции РНК- полимеразы подразделяются между минимальным ферментом, ответственным за элонгацню синтезирующейся РНК, и сигма-фактором (о-фактором), участвующим в выборе промотора, возник вопрос о возможности существования нескольких типов сигма-факторов, специфичных для разных классов промоторов.
Как правило, такой механизм сам по себе, по-вндимому, не используется для контроля транскрипции у бактерий. Но при определенных обстоятельствах в жизненном цикле бактериачьной клетки происходят коренные изменения. Прн этом наблюдается выключение транскрипции ранее экспрессируемых генов и включение новых транскрнпционных единиц. В этих случаях, возможно, происходит введение лолговременных изменений непосредственно в РНК-полимеразу. Известно два случая, когда выключение экспрессии одних генов и включение других связано с заменой сигма-фактора. Одно из этих явлений — спврообразоваиие, или споруляция-состонт в резких морфоло~нческих изменениях, переводящих бактерии в покоящуюся форму (спору), способную переживать неблагоприятные условия.
Другое явление обнаруживается при литической инфекции клетки бактернофагом. Когда инфекция развивается по этому пути, то в конце концов в результате размножения фага клетка погибает. Во всех наиболее простых случаях при развитии фага происходит переключение транскрипции. Однако известен только один хорошо изученный случай, когда изменения транскрипционной специфичности обусловлены заменой клеточного сигма-фактора на фаговый.(Это обнаружено в бактериях, способных образовывать споры.) Чаще изменения происходят под действием других механизмов — обычно с использованием дополнительных факторов транскрипции. Создается впечатление, что регуляторный механизм, основанный на возникновении изменений в самой РНК-полимеразе, неохотно используется клеткой, н только в качестве последней возможности.
Вероятно, что способность использовать заменяемые друг друга сигма-факторы эволюционно возникла только у очень ограниченного круга бактерий. СПОРООбРВЗОВаНИЕ Спорообразование характерно для ряда бактерий, таких, как Висй)их зиЬгйй. Это процесс, альтернативный обычному жизненному циклу бактерии. В конце вегетативной стадии логарифмической фазы роста количество питательных веществ начинает истощаться н одновременно у бактерий обнаруживается ряд морфологических изменений.
При этом происходят репликация ДНК и сегрегация генома, который локализуется на одном конце клетки и покрывается прочной споровой оболочкой. Этот процесс занимав~ около 8 ч. При споруляции обнаруживаются значительные изменения в биосинтетических процессах; в этом участвует множество бактернальных генов. Преимугпественно контроль осуществляется на уровне транскрипции. Синтез РНК продолжается на всем протяжении споруляцин; при ингибнрованни синтеза РНК процесс спорообразования прекращается. Транскрипция ряда генов, функционировавших при вегетативной фазе роста, выключается, но болыпинство продолжает экспрессироваться, Кроме того, начинается экспрессия большого числа генов, специ- фичных только для споруляцин. В конце споруляции около 40~„' бактериальной мРНК специфично именно для этой стадии, тогда как 60;~ остаются такими же, что и при вегетативной фазе роста. Гены, участвующие в споруляции, можно идентифицировать с помощью хро -мутаций, не оказывающих влияния на обычный вегетативный рост бактерий, но блокирующих споруляцию.
Эти не способные к споруляцин мутанты могут быть классифицированы на основе той стадии процесса, которую они блокируют. Соответственно мутанты обозначаются как хроО (споруляция вообще не может начаться), хро1, хро11 и так далее для последующих стадий. Некоторые из этих мутаций возникают в генах, коднрующих ферменты или структурные белки, необходимые для возникновения спор, но другие картируются в генах, контролирующих переключение раздичных фаз жизненного цикла. Первыми указаниями на то, что в спорулирующих клетках происходят изменения транскрипционной специфичности, послужили данные о том, что некоторые бактериофаги способны инфнцировать вегетатнвные, но не спорулирующие клетки.
При этом развитие бактериофагов нарушается из-за неспособности транскрибировать свою ДНК. Мы не можем описать все изменения, происходящие при споруляцни; не знаем мы н возможных механизмов, принимающих участие в этом процессе, но ряд превращений, происходящих на ранних стадиях (как сейчас стало ясно), связан с изменениями в специфичности инициирования транскрипции РНК-полимеразой. Фермент, обнаруживаемый у В. хиЬгйй и участвуюгций в обычном вегет ативном развитии, имеет такую же субъединичнун> структуру, как и фермент Е. со10 — аз))(5'а. Сигма-фактор в случае РНК-полимеразы В.
зиЬЯ1з имеет мол. массу 55000 дальтон (о") и выполняет те же функции, что и о-фактор из Е, со(Е В спорулнрующих клетках можно обнаружить по крайней мере еще две формы РНК-полимеразы. Они содержат такой же минимальный фермент, как и РНК-полимераза вегетативных клеток, но аэ~ заменена в этом случае на другие белки. Изменения, происходящие в транскрипционной специфичности, суммированы на рис.
12.1. Форма РНК-полимеразы, способная инициировать споруляцию, была обнаружена благодаря использованию гена, который активируется в начале этого процесса. Этот ген невозможно транскрибнровать ш гйго той формой РНК-полимеразы, которая активна в вегетативной фазе развития. Однако его удается протранскрибировать ферментом, содержащим вместо о" белок с мол. массой 37000 дальтон. Этот белок называют о~', исходя из предположения, что он способен действовать как новый сигма-фактор, придающий минимальному ферменту способность транскрибировать новые гены.
Что вызывает замену одного сигма-фактора другим? В всгетативных клетках уже присутствует о", хотя он и не связан с минимальным ферментом. Г1оэтому, вероятно, какой-то другой белок, возможно продукт гена хроО, непосредственно участвует в замене <т'~ илн же модифицирует минимальный фермент, повьппая его сродство к аз'. При этом мутация в любом из пяти генов хроО может блокировать экспрессию генов, специфичных для ранних стадий процесса споруляции, которые обычно транскрнбируются их()В'о~'-ферментом. Поэтому замена <тэ~ на оз" может представлять собою весьма сложный процесс. Не исключено также, что эта замена происходит только у части молекул РНК-полимераз, так как некото- Часть Н1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
