Пташне - Переключение генов - 1988 (947309), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Вскоре после заражения клетки-хозяина вирусные гены начинают активно функционировать: синтезируются новые белки, которые многокра гно реплицируют вирусные хромосомы, упаковывают их в вирусные частицы и лизируют клетку. Как мы уже говорили, фаг Х способен размножаться таким литическим способом, но у него есть и другой, более изощренный путь развития.
В лизогенной бактерии фаговые гены, необходимые для литического цикла, выключены и фаговая хромосома пассивно реплицируется белками, которые закодированы в бактериальной хромосоме и синтезируются в клетке. При этом переключатель генов «установлен» в таком положении, что в клетке имеется только один фаговый белокрепрессор (гл. 1).
Напомним, что репрессор выключает все прочие фаговые гены, одновременно включая собственный |ен с!, Это устойчивое положение нарушается под действием индуцирующих воздействий (например, ультрафиолетового излучения)„ которые переводят переключатель в альтернативное положение путем разрушения репрессора. В результате начинается литический цикл развития. В этой главе обсуждаются в основном два вопроса, касающиеся регуляции генов фага )..
° Во-первых, каким образом фаг Х, инфицировав бактериальную клетку, «принимает решение»: начать литический цикл размножения или лизогенизировать клетку? По-видимому, размножаться «втихомолку» в виде лизогена — полезная уловка для фага, когда нет оптимальных условий для бурного литического росга.
ЭВо-вторых, каким образом фаг Х регулирует работу своих генов по мере развития в обоих случаях? Если после заражения фаг становится на литический путь развития, он должен вначале синтезировать ДНК, упаковать ее и, наконец, лизировать кле~ку, постоянно подавляя синтез репрессора. При индукции лизогена профаг должен решить еще одну задачу, прежде чем перейти к литическому росту: б! синтезировать особый белок, необходимый для вырезания профага из хозяйской хромосомы.
Когда же фаг начинает процесс лизогенизации, он, наоборот, должен синтезировать ферменты, которые интегрируют его в хозяйскую хромосому, и начать синтез репрессора, подавляя в то же время экспрессию различных литических ~снов. Другими словами, переключатель генов, описанный в гл. 1, должен быть переведен в положение «лизогения». Выбор между литическим и лизогенным путями- яркий пример влияния окружающей среды на выбор пути развития. Как мы увидим в дальнейшем, первые несколько опалов регуляции генов после заражения фагом Х одинаковы независимо от того, лизирует ли фаг в конце концов клетку или лизогенизирует ее.
На критическом для клетки этапе фаговый регуляторный белок «чувствует» состояние хозяйской клетки, и дальнейшие события направляются по одному из двух путей. Мы увидим, что независимо от того, развивается ли фаг Х по литическому пути или переходит к лизогении, регуляция его ~снов организована в виде каскада: обычно один регуляторный белок включает или выключает группу генов; в эту группу, как правило, входит другой регуляторный ген, продукт которого в свою очередь активирует или подавляе~ новую группу генов, и т.д. Вначале мы кратко опишем работу хромосомы фага Х во время литического и лизогенного путей.
Затем подробнее обсудим экспрессию генов Х и вернемся к вопросу о том, как принимается решение о выборе между лизисом и лизогенией. Краткое описание развития фага Генетическая карта На рис. 3.1 приведена упрощенная генетическая карта фага. На ней указаны только шесть генов: это регуляторные гены г1, сП, сИ1, Ж, сго и Д. Остальные гены сгруппированы в соответствии с функциями белков, которые они кодируют.
Область «репликация» включает два гена, необходимые для репликации ДНК. В области «лизис» расположены три гена, продукты которых ответственны за лизис бактерии. Область «рекомбинация» содержит около 1О генов, в том числе два гена, продукты которых осуществляют интеграцию фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому при лизогенизации и вырезании ее при индукции. Примерно 1О генов в области «головка» кодирую~ белки, из которых строится головка фага; еще 12 генов кодируют белки хвостового от- б2 Рис.
3.1. Хромосома фага х. Как правило, гены с родсгвеннымн функциями распояожены рядом. Регуляция генов в пределах каждой такой группы обычно скоординирована. На карте отмечены шесгь регуляторным генов и два регуляторных участка, ац (участок интеграции) и гох Глнпкне концы). ростка. При обсуждении роста фага ). мы рассмотрим неко- торые из этих генов по отдельности. Циклизацня Генетическая карта на рис.
3.! изображена в виде кольца, так как хромосома, которая в составе фиговой частицы является линейной, сразу после проникновения в клетку замыкается в кольцо ~рис. 3.2). Концы хромосомы фага )., так называемые липкие концы, соединяются пол действием бактериального фермента, и образуется пара непрерывных длинных переплетенных кольцевых цепей ДНК. В результате этого соединения группы генов лизиса и хвостового отростка сближаются. В конце литического цикла, котла новые фаговые хромосомы упаковываются в новые фаговые головки, концы хромосомы снова расходятся. Экспрессия генов Общая схема экспрессии генов во время роста ). приведена на рис. 3.3.
Первые две стадии развития — предранняя и ранняя— Рис. 3.2. Циклизация хромосомы фага Х. Липкие концы представляют собой одноцепочечные участки ДНК длиной ! 2 нуклеотидов. Они спонтанно соединяются, а бактериальные ферменты сшиванн цепи, образуя кольцевую лвухцепочечную молекулу ДНК. предшествуют стадии принятия решения о выборе между лизисом и лизогенией.
Мы можем представить картину зкспрссин генов в общем виде следующим образом. Предранние Работают только гены Х и сто. Ранние Число активных генов увеличивается: подключаются гены рекомбинации и репликации ДНК. Предранние Ранние Поздние о ОО Ф0 Ф Ливис Рис 3 3 Пути экспрессии генов Гены, включаюгциеся на указанных стадиях роста, отмечены цветом Гены, кодируюзцие родственные функции. включаются и выключаются совместно Такис гены располагаются протязкенныхзн блоками, исключение составляет поздняя стадия лнзогеннога пути развития когда активны только два гена, с! и злу Поздние На этом этапе пути расходятся. ° Если фаговая хромосома находится на литическом пути, ранние гены выключаются и включаются гены головки, хвостового отростка и лизиса. При лизисе из бактериальной клетки высвобождаются новообразованные фаговые частицы.
° Если фаг переходит к лизогении, включены только два гена, с! и !лп Продукт гена !пб расположенного в области рекомбинации„ответствен за интеграцию фаговой хромосомы в хозяйскую хромосому. В конце концов в лизогене оказывается активным олин-единственный ген репрессора, с!. з ~зз~ Интеграция На рис. 3.4 показано, как в резулыате одно~о ах~а рекомбинации хромосома г.
встраивается в гораздо большую хозийскую хромосому. Этот процесс происходит только н том случае, если фаг лизогенизирует хозяина. Каждая из двух молекул ДНК расщепляется в одном месте, и их ко>щы воссоединяются так, что образуется непрерывная молекула лизогснной хромосомы. Место кроссинговера в фаговой хромосоме находится в участке аггР (от англ. Рйаде анаснгпепгместо присоединения фага), а в бактериальной хромосоме-в участке агуВ. При индукции лизогена происходит обратный процесс; хромосома т'. вырезается из хозяйской хромосомы и замыкается в кольцо.
Изображая схематически процессы интеграции н эксцизии (вырезания), мы предполагали, что в них участвуют только Рис 3 4 Интеграция фаговой ДНК с бактериальной хромосомой по участкам апр н спи, в результате чего встроенная фаговая хромосома-профаг оказывается фланкированной двумя участками ип Эксцнзия процесс, обратный интеграции. приводит к тому, что нз одной кольцевой хромосомы лнзогена образуются две кольцевыс молекулы ДНК фаговая и бактсрнальная Белки, катализнруюгцис соответствуюпгис реакции, на рисунке не показаны Модель названа именем Кемпбелла -ученого, который первым полробно описал.
каким образом ДНК встраивается в хозяйскую хромосому н вырезаешься из нее 66 молекулы ДНК; на самом деле они протекают при участии фаговых белков, которые работают вместе с некоторыми белками клетки-хозяина. Инзеградию осуществляет фаговый белок 1пц а вырезание идет при совместном участии белков!п~ и Х1в. Регуляция траискрипции Рассмотрим теперь действие регуляторных белков фага на различных с.гадиях его роста, перечисленных на рис. 3.3. Рисунок иллюстрирует, какие активные регуляторные белки и соответственно мРНК синтезируются на каждой стадии. Первые две стадии одинаковы независимо от того, по какому пути пойдет фаг по пути лизиса или лизогении. Предранняя стадия РНК-полимераза клетки-хозяина связываешься с двумя промоторами фаговой хромосомы, Р, и Р„, и начинает транскрипцию.
На рис. 3.5 показано, что эти транскрнбирующие Рис. 3.5. Прсдраииие собьггия. Сразу после заражения бактериальная РНК- полимераза транскрибирует гены 1хг и сто с разных цепей ДНК. (На рисунке допущена ошибка: у лсиого нижнего кольца должна быть закрашена нижняя полонина. а ие иерхияя.) РНК-иолимеразы останавливаются в конце генов М и сто соответственно. Происходит трансляция мРНК 1т1 и сто с образованием соответствующих белков. Ранняя стадия Белок 1ч осуществляет позитивную регуляцию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
