Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 91
Текст из файла (страница 91)
Для образования головки и различных структур отростка требуется большое количество белков. Поэтому большая часть фагового генома кодирует поздние функции. Наряду с этим существуют также белки сборки, присутствие которых необходимо для конструирования частицы. Однако сами по себе эти белки не входят в состав фаговой частицы. К тому времени, когда белковые компоненты собираются в головки и отростки, репликация достигает своей максимальной скорости. Затем геномы внедряются в пустые белковые ~ оловки, к ним присоединяются отростки, н клетка лизируется. . ) И ПЯС~.',КО~.' 3'Гицш! Ы ! КБ11К)ВДВВЫ КВВ1СВД11ОЙ РВ1 У;1йЦИВ Многие геномы фагов организованы таким образом, что их генетическая карта точно отражает последовательность литического развития.
Принцип оперонной организации достигает при этом своего крайнего выражения, при котором гены, кодирующие белки с родственными функциями, сгруппированы для осуществления контроля 20г 16. Литический каскад и лизогенная репрессия Иистакция опав дик гроот Фагавая астица Синтез Ферментов яля рвгул*ци» ДНК Натела реолккацки Лозрияя стаюе развития ДНК фага реппици- руетгл; головки и отростки сиктези руются ДНК упакавмвзется в головки; к головкам присаеяиияются отростки Ляпис Клетка разрушается с освааа каспием фазового потомстве Рпс гк ' Литическое развитие происходит путем образования большого числа фазовых гсномоа и белковых частиц, которые объединяются, образуя потомство фага.
с максимальной экономией. Это позволяет контролировать путь литического развития с помощью небольшого числа регуляторных переключателей. Чтобы выражение фаговых генов происходило в определенном порялке, литический цикл находится пол позитивным контролем. Каждая группа фаговых генов может выражаться лишь после того, как будет дан соответствующий сигнал. Обычно с помощью аппарата клетки-хозяина может быть выражено лишь несколько фаговых генов. Их промоторы неотличимы от промоторов бактернальных генов. Название этого класса г снов зависит от фага.
В большинстве случаев нх называют ранними генами. У фага лямбда онн получили название предранних генов. Независимо от названия они контролируют только вступительную, представляющую самую начальную часть раннего периода. Иногда они связаны исключительно с переходом в следующий период. Во всяком случае, один из этих генов всегда кодирует белок, необходимый для транскрипции нового класса генов. Второй класс генов называют либо задержанно ранней, либо средней группой.
Как вытекает из самого названия, выражение генов этой группы начинается в раннем периоде, обычно как только появляется регуляторный белок. В зависимости от природы контролирующей системы первоначальный ряд генов может либо продолжать свое выражение, либо выключаться на этой стадии (см. рис. 13.5). Часто выражение генов клетки-хозяина бывает ослаблено. Обе группы ранних генов совместно отвечают за все фаговые функции, кроме тех, которые необходимы для сборки белковой оболочки частицы н лнзиса клетки.
После начала репликации фаговой ДНК, осуществляемой в результате выражения ранних генов, наступает очередь для выражения поздинх генов. Их транскрипция на этой стадии обеспечивается наличием другого регулятор- ного гена, входящего в состав предыдущего (задержанно раннего илн среднего) набора генов. Таким регулятором может быть другой антнтерминатор (аак в случае фага лямбда) илн другой сигма-фактор (как у фага ЯРО!).
208 Часть 1У. Контроль генной экспрессии у прокариот ;РНК.лолнмерезв Вммлзтвльатео л , :метаболизм )юитли-лавлилв а-8 мнн Комлонентм золовки и отроаткв он днк 7 мнн — Лизка Рна 1б.2. Геном фага Т7 содержит трн класса генов, выражаю- шихся последовательно. Геном состоит примерно нз 33000 пар оснований. Использование такого посдедовательного контроля с регуляторным геном в каждом риду, необходимым для выражения следующею ряда генов, создает каскад, в котором группы генов включаются (или иногда выключаются) в определенное время.
Каскадная регуляция у различных фагов может различаться в деталях, однако во всех случаях она приводит к одинаковому результату, как это будет видно из следующих разделов. Образование кластеров генов с родственными функциями у фагов Т7 и Т4 В геноме фага Т7 можно выделить гены трех классов, каждый из которых включает в себя группу сцепленных покусов. Как показано на рис. 16.2, класс 1 представлен предранними генами, выражаюшимися с помощью РНК- полимеразы клетки-хозяина сразу же после внедрения в клетку фаговой ДНК.
Среди продуктов этих генов имеются ферменты, препятствуюшие выражению генов клетки-хозяина (а следовательно, и своему собственному выражению), а также фаговая РНК-полимераза. Фаговый фермент ответствен за выражение генов класса 11 (связанных в основном с функциями синтеза ДНК) и генов класса РД (связанных в основном со сборкой зрелых фаговых частиц). Чем обусловлено различие в выражении генов классов 11 и 111, пока еще не разгадано. Геном фага Т4-один из наиболее крупных; для его организации характерно обширное группирование генов с родственными функциями. Генетическая карта фага Т4 приведена на рис. 16.3. Гены, которые на рисунке пронумерованы, имеют жизненно важное значение: мутация в любом из них предотврашает успешное завершение литического цикла.
Гены, обозначенные трехбуквенными сокрашениями, являются несушественными, по крайней мере при обычных условиях инфекции. Чем объясняется наличие в геноме такого большого количества несущественных генов, объяснить трудно. Но можно предположить, что они дают фагу преимушество при отборе. (В геноме большинства фагов подавляющая часть генов или даже все гены являются существенными.) В экспрессии генов можно выделить три фазы; сводные данные о функциях генов, экспрессируюшихся в каждой фазе, приведены на рис.
16.4. Ранние гены транскрибируются РНК-полимеразой клетки-хозяина. Несколько позже транскрибируются квазипоздние гены; однако мы еще не понимаем, как регулируется экспрессия этих генов (их название отражает способ выражения, который не соответствует категориям, описанным для других фагов). Вместе взятые, ранние и квазипоздние гены обеспечивают практически все фаговые функции, связанные с синтезом ДНК, модификацией клеточной структуры или транскрипцией и трансляцией фаговых генов. Два сушественных гена из категории нтранскрипции» выполняют регуляторную функцию: их продукты необходимы для экспрессии поздних генов.
У фага Т4 существует прямая связь между репликацией и экспрессией поздних генов. Только активно реплицируюшаяся ДНК может быть использована в качестве матрицы для транскрипции поздних генов. Это объясняется следуюшими причинами: бактериальная РНК-полимераза модифицируется таким путем, что ей становятся необходимы некоторые свойства, присушие только реплицирующейся ДНК (вероятно, наличие разрывов). Это обеспечивает образование белковых компоненюв фага (которых очень много) в количествах, соответствующих пулу наличной ДНК.
О том. как фаг лямбда осушествляет свой литический каскад Одна из наиболее сложных каскадных систем принадлежит фату лямбда. Сам по себе каскад при литическом развитии является простым; в нем используются два регулятора, контротзирузрц!ие последовательные стадии развития. Однако цикл литического развития смыкается с циклом установления лизогении, как это суммировано на рис. 16.5. При введении ДНК фага лямбда в новую клетку-хозяина литический и лизогенный циклы запускаются одним и тем же способом. Оба цикла требуют экспрессии предранних и задержанно ранних генов. Однако на следующем этапе эти циклы дивергируют. Литическое развитие происходит, если экспрессируются поздние гены; лизогенное состояние устанавливается, если синтезируется необходимый репрессор. Фаг лямбда имеет только два предранних гена, транскрибируемых независимо РНК-полимеразой клетки-хозяина.
Один из них, его, выполняет двойную функцию: 1) предотвращает синтез лизогенного репрессора (условие, необходимое для осуществления литического цикла) и 2) выключает экспрессию предранних генов (ненужных на более поздних этапах литического никла). Другой предранний ген- М, кодирующий, как мы видели в гл. 13, фактор антитерминации, благодаря которому транскрипция переходит в область, содержащую задержанно ранние гены.
Задержанно ранние гены включают в себя два гена репликацни (необходимых для литической инфекции) и семь генов рекомбинации (некоторые из них отвечают за рекомбинацию при литической инфекции; два вена необходимы для интеграции ДНК фага лямбла с бактериальной хромосомой цри лизогенизации). Функции двух генов-регуляторов, с!!/сШ, необходимы для инициации синтеза лизогенного репрессора. Регуляторный ген Ц кодирует фактор антитерминации, благодаря которому бактериальная РНК-полимераза получает возможность приступить к транскрипции поздних генов. Таким образом, задержанно ранние гены служат для двух целен: одни из них необходимы для установления фагом лизогенного со- ВВВ 16.
Литический каскад и лизогенная репрессия Магаамяян «уклеотиаав Рнс. 16.3. Карта генома Т4 является кольцевой. В геноме протяженностью 165 000 пар оснований наблюдается обширное груцннрованне генов с родственными функциями. стояния, другие обеспечивают осуществление литического цикла в определенном порядке. Чтобы разобраться в особенностях двух путей, сначала мы рассмотрим литический цикл развития фага. На рис.
16.6 приведена карта ДНК фага лямбда. Группа генов, связанных с регуляцией, окружена генами, необходимымн для рекомбинации и репликации. В числе генов регуляторной группы находятся предранние гены Х и сто. Они транскрибируются с разных цепей ДНК; Х вЂ” по направлению влево, ого — вправо. В присутствии фактора антитерминации транскрипция продолжается влево от гена Х в область генов рекомбинации и вправо от гена ого в область генов репликацин (см. также рис.
13.7 и 13.8). Это проиллюстрировано па рис. 16.7, где приведено истинное состояние ДНК фага лямбда во время инфекции. На карте, прелставленной на рис. 16.6, показана организация ДНК фага лямбда в фаговой частице. Однако вскоре после инфицирования концы ДНК соединяются, образуя кольцевую структуру. При этом поздние гены объединяются в одну группу, содержащую гены лизиса  — К из правого конца линейной ДНК и гены А --3 голонки и отростка из левого конца (рис. 16.7).
Поздние гены выражаются как одна единица транскрипции, начинающаяся с промотора Ря, который лежит между генами Д и о'. В отсутс гане продукта гена Д (являющегося последним геном в расположенной в правом конце группе задержанно ранних генов) эта транскрипция осуществляется констнтутивно, но терминируется в сайте Гкз, расположенном рядом с промотором Рк; в результате транскрипции образуется 6Я-РНК, содержащая 194 основания.
(Вероятно, некоторые из РНК- полимераз, транскрибирующнх задержанно ранние гены, способны переместиться в область поздних генов, но их число незначительно, и они не способны образовать нужное количество компонентов головки и отростка для поддержания литического развития.) Однако, если продукта гена Д становится достаточно, он супрессирует терминацию в сайте гкз и 6$-РНК удлиняется; в результате выражение поздних генов резко усиливается.
Транскрипция поздних генов, по-видимому, не заканчивается в какой-то специфической точке, а продолжается 210 Часть 1Ч. Контроль генной экспрессии у прокарнот Реппнкацня н Рекамбкнацня Е7 аущесгвенных генав 7 насущесгваннмк ге св РАННИЕ И КВАЗИ- ПОЗДНИЕ РУНКЦИИ поз Фу ДНИЕ нкцн» Транскрипция 2 сущесгвенных е а Е еаущесгвенкых гансе Рас. 164 Лнтнчсскнй каскад фага Т4 распадается на части: ражением генов; цозднне функции сяязавы со сборкой фаговых ранние н квазнпозлнне функции связаны с сии~суем дпк н вы- частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
