Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
конъюгации
ДНК. Если женская клетка или обе родительские клетки лизогенны, конъюгация протекает нормально и в результате образуется зигота. Зигота представляет собой материнскую клетку, несущую некоторые дополнительные гены отцовской клетки. Однако если мужская клетка лизогенна, а женская-нет или если женская клетка лизогенна по фагу с другим типом иммунности, многие женские клетки лизируются, давая фаговое потомство. На рис. 4.3 схематически изображен этот процесс, который называется зиготной индукцией
Как следует из рис. 4.3, если отцовская клетка лизогенна, а материнская-нет, то репрессор содержится в цитоплазме только первой из них. В женскую клетку переносится лишь Днк без всяких других клеточных компонентов Фаговая ДНК, интегрированная в хозяйск\ю хромосому, попадает в женскую клетку, лишенную репрессора, и в результате происходит активация фаговых генов
Оригинальные эксперименты по вирулентности, иммунности и зиготной индукции были описаны в работах [3, 7, 34, 35], указанных в списке в конце павы
Объяснение
88
Проблема репрессора в начале 60-х гг. [3, 8]
Параллельно с ранними экспериментами по регуляции генов фага X был проведен ряд важных экспериментов по регуляции бактериальных ферментов, участвующих в метаболизме сахара лактозы. Рис. 4.4 иллюстрирует идею о том, что продукт гена lacl представляет собой репрессор (/ас-репрессор), ко-т орый узнает /яс-оператор и выключает несколько генов Один из этих генов, lacZ, кодирует |3-галактозидазу - фермент, который расщепляет лактозу. Было выдвинуто предположение, что сама лактоза или какой-то продукт ее метаболизма связывается с /ас-репрессором и инактивирует его, включая таким образом гены /ас-оперона.
В начале 60-х гг. идеи, лежащие в основе концепции репрессора, могли оспариваться. Например, можно было допустить (и такие соображения высказывались), что продукты генов сI и lad представляют собой не репрессоры, как предполагала гипотеза, а ферменты и катализируют другие реакции, в результате которых и образуется «истинный» репрессор. Генетические эксперименты сами по себе не могли опровергнуть это предположение, равно как не могли и разрешить споры относительно молекулярной природы репрессора. С самого начала предполагалось, что репрессоры связываются непо-
Гены lac
....1...х.;.,.г
I р 1 о | г
..........- 'v>
I
иптг
Рис 4 4 Гены /ас-оперона /ас-Репрессор выключает три гена, которые считываются в виде одной молекулы РНК и кодируют ферменты метаболизма лактозы Соединение ИПТГ (изопропилтио-|3-галактозид) напоминает лактозу и индуцирует все три гена одновременно При связывании с индуктором репрессор не разрушается, а модифицируется таким образом, что теряет сродство к оператору /ас-Репрессор осуществляет только негативную регуляцию, и кодирующий его ген lacl все время транскрибируется с малой эффективностью На рисунке не изображен БАК, который помогает полимеразе связаться с промотором и начать транскрипцию в присутствии сАМР, если свободен /ас-промотор
89
средственно с операторными участками ДНК и выключают транскрипцию генов. Но высказывались и другие, не менее правдоподобные идеи. Например, оператор мог транскрибироваться как часть молекулы мРНК, а затем, в соответствии с одной из гипотез, репрессор должен был связаться с мРНК и выключить ее трансляцию.
Стало ясно, что необходимо выделить продукты регуляторных генов. Исследователи надеялись, что особые свойства этих продуктов в экспериментах in vitro позволят выяснить механизм их действия. В 1966-1967 гг. удалось выделить lac- и /.-репрессоры. Ниже мы вкратце остановимся на экспериментах, посвященных >t-penpeccopy, чтобы показать, насколько плодотворным может быть сочетание генетических и биохимических подходов.
Выделение репрессора и его связывание с ДНК [53, 54]
В основе метода, который был первоначально использован для выделения Л-репрессора, лежали следующие соображения: репрессор присутствует в клетке в ничтожных количествах (несколько сотен молекул на клетку по сравнению с десятками тысяч молекул обычного фермента); никакого способа определения его активности не существует; его молекулярная природа неизвестна, если не считать того, что он хотя бы отчасти является соединением белковой природы.
Идея опыта, проиллюстрированная на рис. 4.5, состояла в том, чтобы заразить две разные культуры клеток Е. coli двумя штаммами фага X. Эти штаммы различались только тем, что один из них мог образовывать репрессор (с1+), а другой (с1~) -нет. Клетки являлись лизогенами по фагу X и, следовательно, содержали л-репрессор, который должен был выключить все гены инфицирующего клетки фага, за исключением гена cl. Кроме того, клетки перед заражением облучили большой дозой УФ-света, чтобы внести повреждения в ДНК клетки-хозяина и тем самым подавить синтез клеточных белков. Репрессор, который присутствовал в облученных клетках, представлял собой мутантную форму, которая в отличие от репрессора дикого типа не инактивировалась при облучении.
