Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Во-вторых, связанные с ДНК активаторы транскрипции включают ген, соприкасаясь с другими белками. Например, связанный с ДНК ^.-репрессор активирует транскрипцию, вступая в контакт с РНК-полимеразой и помогая ей связаться с прилегающим промотором и начать транскрипцию. Можно представить себе альтернативный механизм, согласно которому белок изменяет структуру ДНК в месте связывания и вблизи него.
Если бы механизм активации заключается в изменении структуры ДНК, это изменение должно было бы каким-то образом распространяться до участка начала транскрипции. Такое изменение структуры области начала транскрипции в свою очередь необходимо для связывания РНК-полимеразы и начала транскрипции.
144
GO 6а1 4 (1-98) ___________
Ч . I--------------------j ....6а» \ ' " j
UASG Выключен
Рис A 2. Три эксперимента по изучению регуляции генов у дрожжей Вверху белок GAL4, связываясь с участком UASq, включает транскрипцию гена GAL 1, которая начинается за 250 Ьр до него. Предполагается, что белок GAL4 состоит из двух доменов, один из которых, N-концевой, контактирует с ДНК. В середине действие гибридного белка, содержащего в качестве С-концевого домена белок GAL4 и N-концевого - бактериальный репрессор LexA. Такой белок, LexA-GAL4, связывается с оператором lex А, встроенным перед дрожжевым геном, и включает этот ген. Внизу N-концевой домен GAL4 тоже способен связываться с участком UASq , но не может включать транскрипцию. Рисунок существенно упрощает ситуацию: здесь не учтено, что UASq состоит из четырех участков связывания GAL4. Связывается ли GAL4 в виде димера и состоит ли он только из двух доменов, неизвестно.
Однако мы уже говорили о том, что при связывании репрессора с ДНК не происходит никаких радикальных изменений ее структуры. Более того, мутации, в результате которых изменяются аминокислоты на соответствующей поверхности репрессора и подавляется его стимулирующая активность (так называемые рс-мутации), не оказывают никакого действия на связывание с ДНК. Существование таких рс-мутантов подтверждает, что само по себе связывание репрессора с ДНК недостаточно для активации гена.
Недавно мы провели эксперименты (их иллюстрирует рис. А.2), показавшие, что, как и А,-репрессор, белок GAL4 выполняет две разные функции: связывается с ДНК и осуществляет позитивную регуляцию. Более того, в этом последнем случае их можно разграничить.
• Белок GAL4 был модифицирован: его N-концевые остатки были заменены N-концевым доменом бактериального
145
10 1331
репрессора Lex А. В общих чертах белок Lex А напоминает Л-репрессор, и его N-концевой домен взаимодействует с lex /1-оператором. Гибридный белок, который можно синтезировать в дрожжевых клетках, связывается с оператором lex А, но не с UASg. Если встроить lex /4-оператор перед каким-либо дрожжевым геном, белок свяжется с ним и включит транскрипцию этого гена. Немодифицированный репрессор Lex А, который тоже можно синтезировать в дрожжевых клетках, такого действия не оказывает.
• Был сконструирован белок-производный GAL4, аналогичный /Jr-мутантным формам А,-репрессора. Он состоит просто из 98 N-концевых аминокислот GAL4 и связывается с четырьмя участками UASC длиной по 17 пар оснований, но не способен активировать транскрипцию. И здесь, как и в случае ^.-репрессора, одного связывания с ДНК недостаточно для активации гена.
Наши эксперименты с GAL4 показывают, что, связываясь с ДНК, он, подобно /.-репрессору, инициирует транскрипцию, соприкасаясь с какой-то другой молекулой, по-видимому с другим белком. Каким же образом GAL4, связанный с UASa, может активировать процесс, который начинается на расстоянии нескольких сотен пар оснований? Возможно, GAL 4 помогает какому-то белку связаться рядом с собой. Этот белок может раскручивать ДНК, и таким образом область вблизи начала гена становится более доступной для связывания других белков и полимеразы. Альтернативная возможность состоит в том, что этот белок связывается рядом с GAL4, а затем каким-то образом перемещается вдоль спирали по направлению к началу гена, где он сам начинает транскрипцию или помогает связыванию полимеразы.
Я придерживаюсь другой точки зрения. Суть ее в том, что GAL4, связанный с UASG, вступает в непосредственный контакт с другим белком, связанным с областью начала транскрипции, и таким образом помогает РНК-полимеразе связаться и начать транскрипцию. Согласно этой гипотезе, ДНК между UASa и началом гена образует петлю, возможно заполненную другими белками. Для этого ДНК должна быть достаточно гибкой, чтобы соприкосновение удаленных друг от друга белков не требовало больших энергетических затрат.
Один из вариантов предлагаемой модели состоит в том, что во взаимодействии между GAL4 и вспомогательным регуляторным белком, связанным вблизи начала транскрипции, участвуют один или более дополнительных белков. Благодаря этому ДНК может изгибаться в меньшей степени.
Известен ряд примеров бактериальных регуляторных белков, изгибающих двойную спираль ДНК. В этих случаях ДНК частично наматывается на эти белки. Мы предполагаем, что /.-репрессор изгибает двойную спираль другим способом.
