Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Если говорить об общих принципах организации, которым посвящена эта глава, или о деталях молекулярных механизмов, как в гл. 1 и 2, то становится очевидным, что в целом регуляторные механизмы одинаковы, хотя специфические последовательности, которые в них используются, различны. Разные фаги эволюционируют совместно, обмениваясь время от времени участками своих хромосом с помощью генетической рекомбинации. Например, если область ati-xis-int фага X заменить соответствующей ДНК другого фага, то мы получим фаг, идентичный X, но встраивающийся в другое место бактериальной хромосомы.
Для осуществления такого тасования целых комплексов информационных единиц (генов) необходимо, чтобы последовательности ДНК, являющиеся местами действия регуляторных белков, лежали поблизости от генов, кодирующих сами эти белки. Так, репрессор и белок Сго связываются с операторами, фланкирующими ген cl\ белки О и Р действуют на область начала репликации (Ori). которая лежит внутри са-
76
мого гена О; продукты генов int и xis действуют на att: Q действует на участок, расположенный вблизи гена Q; наконец, белок N узнает участки Nut, лежащие вблизи гена N.
SOS-ответ
Индукция фага А,-лишь один из многих ответов бактерии на облучение УФ-светом. При этом включается в общей сложности 10-20 бактериальных генов, и по крайней мере некоторые из них помогают бактерии выжить. Эти гены в совокупности называют SOS-системсй, а их активацию-SOS-ответом клетки.
Механизм индукции бактериальных генов под действием УФ-света такой же, как при индукции роста фага в лизогенных клетках. Напомним, что УФ-облучение вызывает повреждения ДНК (гл. 1). В результате белок Rec А, который обычно способствует рекомбинации между молекулами ДНК, превращается в особую протеазу: она расщепляет А-репрессор, запуская тем самым индукцию (рис. 1.21). Rec А расщепляет еще по крайней мере один репрессор, белок хозяйской клетки Lex А.
Lex А сходен с репрессором А и по структуре, и по функции. Мономер Lex А состоит из двух доменов: амино-концевого, узнающего ДНК, и карбокси-концевого, который удерживает субъединицы вместе в составе димера. Белок Lex А подавляет активность ряда генов, продукты которых помогают бактерии выжить при облучении (рис. 3.14). При УФ-облучении Lex А инактивируется под действием Rec А, и эти гены включаются. Rec А расщепляет Lex А точно так же, как он расщепляет репрессор, по строго определенной связи в цепочке аминокислот, соединяющей два домена.
Репрессор А, подобно репрессорам других фагов, лизо-генизирующих Е. coli, использует SOS-ответ клетки. Репрессированный фаг «чувствует», что хозяйская клетка повреждена, и немедленно начинает литический цикл.
SOS-система включается не только под действием УФ-облучения. Как правило, ее может запустить любой канцероген, если он соответствующим образом активирован. Бенз-пирен - одно из соединений, вызывающих образование опухолей у животных. Сам по себе бензпирен инертен, но после модификации под действием фермента, который находится в печени животных, он реагирует с ДНК и вызывает в ней повреждения. Если бензпирен добавить непосредственно в среду, он не оказывает никакого действия на бактерии, но если его вначале модифицировать с помощью ферментов печени, он эффективно индуцирует SOS-ответ.
Способность того или иного соединения индуцировать SOS-ответ коррелирует с его способностью вызывать образо-
77
Рис 3 14 Действие белка LexA и SOS-ответ Показаны некоторые гены, подавляемые белком LexA Гены uvrA и uvrB кодируют белки, ответственные за репарацию поврежденной УФ-облучением ДНК Для образования мутантных бактерий в ответ на УФ-облучение по непонятным причинам необходим белок UmuC Ор-операторы LexA которые располагаются рядом с промоторами каждого из указанных генов
вание опухолей у животных; и хотя споры по поводу правомочности такой корреляции продолжаются, бактерии используют в качестве чувствительных детекторов при проверке веществ на канцерогенность. Применяют два основных теста: индукцию роста фага в лизогенных бактериях и появление мутантов в нелизогенных культурах. Последний подход лежит в основе известного теста Эймса на канцерогенность. В обоих случаях первичное событие, происходящее сразу после повреждения ДНК,-индукция экспрессии генов. Для индукции фага необходимо, чтобы Rec А активировал фаговые гены, расщепив репрессор; для мутагенеза необходимо, чтобы Rec А активировал бактериальные гены, расщепив Lex А.
Пути развития фага X и развитие эукариотических клеток: возможные аналогии
Мы рассматриваем альтернативные способы экспрессии генов как простейшую модель развития. Теперь проведем три аналогии между этими процессами и развитием эукариотического организма из оплодотворенного яйца. Это позволит нам подытожить основные черты регуляции генов фага А, и увидеть их в новом свете.
Регуляторные гены
При изучении высших организмов были обнаружены гены, роль которых состоит в регуляции экспрессии других генов. С
78
одним из наиболее поразительных примеров такого рода мы встречаемся у плодовой мушки Drosophila melanogaster. Этот организм развивается из оплодотворенного яйца в три этапа. Вначале формируется эмбрион, затем личинка и наконец взрослая муха. Организм личинки и взрослой мухи состоит примерно из 15 сегментов, которые образуют голову, грудь и брюшко. Каждый сегмент, особенно если он относится к грудным или брюшным, легко отличить от остальных сегментов и у личинки, и у взрослой мухи.
