Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, у бактериальных вирусов выявлены собственные, определяемые геномом фага, системы контроля биосинтеза белка, основанные как на подавлении транскрипции — негативная регуляция, так и на активации — позитивная регуляция. Упоминались также данные о регуляции на уровне трансляции — сопряжение с первой системой. Несомненно, этим не исчерпываются регуляторные механизмы белкового синтеза при вирусной инфекции. Много новых данных накапливается в экспериментах с вирусами животных. Однако там еще труднее различить и разделить системы регуляции клетки-хозяина и те, которые индуцируются самим вирусом. Примером могут служить недавно опубликованные данные о наличии в составе наиболее сложно организованных РНК-вирусов животных,— лейкемических, птичьего миелоб^цстоза и везикулярного стоматита,— протеинки-назы, катализирующей фосфорилирование как белков самого
вируса, так и гистонов клетки-хозяина и в то же время (в отличие от гистонкиназы клеток животных) малочувствительной к циклическому АМФ (Strang, August, 1971). Если сопоставить эти данные с рассматриваемой в последующих разделах системой регуляции, включающей гистонкиназы и цАМФ, то становится весьма вероятным, что мы имеем здесь дело со сложным сочетанием собственных регуляторных систем вируса и клеток-хозяина. Учитывая канцерогенность первых двух вирусов, нельзя не обратить внимание на отмечавшуюся во многих работах особую роль фосфорилирования гистонов в митотическом делении клеток (Ва1-horn et al., 1972).
РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА БЕЛКА У БАКТЕРИЙ
Вопреки исторически сложившейся последовательности изучения регуляции синтеза белка у бактерий, этот раздел целесообразно начать с последних данных о регуляции с помощью факторов типа а, принципы которой в приложении к развитию бактериофагов изложены в конце предыдущего параграфа. Travers и сотр. (1970) сообщили о феномене изменения специфичности обычной РНК-полимеразы кишечной палочки для особых нужд самой бактерии, а не фага, при посредстве фактора 4V Последний, по их данным, замещает обычную ст-субъединицу или, что более вероятно, дополняет ее, сообщая ей способность к интенсивной транскрипции рибосомальных цистронов. Нельзя, однако, не отметить, что, наряду с подтверждениями, есть и сообщения О' невоспроизводимости опытов Travers и сотр. (Haseltin,
1972). Необходимо, видимо, дальнейшее методическое совершенствование работ этого направления. Весьма интересны данные об изменениях специфичности и структуры РНК-полимеразы В. sub-tilis в процессе образования спор. В частности, утрачивается исходная о- и модифицируется р-субъединица (Losick et al., 1970; Hussey et al., 1972). Кроме того, при споруляции в препаратах РНК-полимеразы появляется новый полипептид (м. в. 70000). Пока, однако, рано считать его новым ст-фактором (Greenleaf et al., 1973). Сообщения о позитивной регуляции такого типа касаются лишь включения транскрипции крупных областей ДНК: рибо-сомальные цистроны повторяются в хромосоме бактерий многократно (7—10 раз), по-видимому, в связи с периодически возникающей высокой функциональной нагрузкой, а гены, связанные со спорообразованием, представляют собой сложный комплекс, охватывающий свыше 10% ДНК клетки. Характерно также, что регуляция этого типа у бактерий не носит экстренного характера. В самом деле, при включении рибосомальных цистронов образуется только «полуфабрикат», требующий еще целого ряда процессов до образования функционирующих рибосом. Процесс же спорообразования—это не быстрая и легко обратимая адаптив-
ная реакция, а переход в другую форму существования организма. Если обратиться теперь к вопросу о том, каков механизм образования новых гипотетических факторов типа ст-субъединиц у бактерий, то окажется, что в отличие от фагов нужно допустить существование еще какой-то системы, регулирующей синтез регулятора. Если у фагов синтез новой ст-субъединицы предположительно совершается при транскрипции очередной области ДНК и представляется обязательным в цепи процессов развития вируса, то у бактерий такую обязательность проследить не удается. В зависимости от условий обитания споруляция может произойти, а может и не наступить, равно как и включение рибосомальных цистронов. Таким образом, выдвинув гипотезу о существовании позитивной регуляции транскрипции у бактерий при посредстве факторов типа ст, мы оказались перед задачей выявления механизмов, регулирующих синтез этих регуляторов, и общая картина еще далека от завершенности.
Гораздо более полными представляются наши знания о негативной регуляции транскрипции у бактерий. Основы соответствующей теории были заложены классическими исследованиями Jacob и Monod (1961, 1964). Исходя из косвенных генетических и биохимических данных, они выдвинули предположения о системе регуляции Lac-оперона кишечной палочки, основные принципы которой оказались приложимыми к весьма разнообразным ситуациям. Гипотеза Jacob и Monod, несмотря на косвенный характер экспериментальных данных, полученных в опытах, довольно скромных по масштабам и методической сложности, оказалась настолько убедительной, что завоевала общее признание задолго до прямых доказательств, представленных лишь в последние годы рядом лабораторий с привлечением тончайших методов молекулярной биологии. Не имея возможности рассматривать историю проблемы и те аспекты ее развития, которые связаны преимущественно с генетическими экспериментами (при необходимости читатель может обратиться к ряду руководств, где в доступной форме обобщены эти материалы, — С. Е. Брес-лер, 1966; С. И. Алиханян, 1967, и др.), обратимся к теории в ее современном виде, т. е. такой, какой она представляется после экспериментов на изолированных Lac- и GaZ-оперонах кишечной палочки (De Crombrugghe et al., 1971; Nissley et al., 1971) и после выделения и изучения природы и свойств репрессора Lac-оперона (Gilbert, Miller-НШ, 1967; Bretscher, 1968) (схема 19). Ранее в главе VI уже рассматривалось строение Lac-оперона и последовательность его транскрипции. Между структурными ци-стронами — г, у, х(а) и промотором (р), находится так называемый оператор (о), с которым может специфически связываться белок-репрессор. Последний оказывается барьером на пути транскрипции, начинающейся с промотора. Репрессор вырабатывается регуляторным геном (i) и представляет собой белок с молекулярным весом около 160000, состоящий из четырех субъединиц — по 38000, с изоточкой в слабокислой, области pH. Он обладает,
