Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Главная цель этой книги-дать общее представление о механизмах, регулирующих отдельные гены фага X, и о том, как эти механизмы взаимодействуют друг с другом, образуя регуляторные системы. Мы считаем, что важнейший процесс развития организма из оплодотворенного яйца сводится к функционированию избирательно регулируемых генов. Поэтому в различных местах книги, в частности в конце гл. 3 и в приложениях, проведены некоторые параллели между процессами развития и регуляцией генов у фага X и в клетках высших организмов.
Несколько слов о номенклатуре. Гены обозначаются курсивом, обычно, хотя и не всегда, строчными буквами (например, его, recA, lex A, N, Q); соответствующие белки обозначаются прямым шрифтом, с прописной буквы (например, Сго, RecA, LexA, N, Q). Иногда по историческим причинам белок имеет особое обозначение (например, репрессор, кодируемый геном cl).
Глава 1
Основные компоненты регуляторного механизма
Гены фага X составляют одну молекулу ДНК-хромосому, упакованную в белковую оболочку (рис. 1.1). Оболочка представляет собой сложную структуру, включающую головку и хвостовой отросток и состоящую примерно из 15 разных белков. Все эти белки кодируются хромосомой фага X. Фаговая частица инфекционна: она присоединяется с помощью хвостового отростка к поверхности клетки E.coli, прокалывает ее стенку и вводит свою хромосому в бактерию, оставляя белковую оболочку снаружи. Фаг X- облигатный паразит: чтобы размножиться, он должен ввести свою ДНК в бактерию.
Дальнейшие события в бактериальной клетке, зараженной фагом X, могут развиваться двояким образом (рис. 1.2). Для одних клеток наблюдается литический путь развития: различные группы фаговых генов включаются и выключаются в соответствии со строго предопределенной программой, хромосома X интенсивно реплицируется, синтезируются новые белки головки и хвостового отростка, в бактериальной клетке образуются новые фаговые частицы, и примерно через 45 мин после заражения происходит лизис бактерии с высвобождением около 100 фаговых частиц.
В других клетках инъецированная фаговая хромосома ли-зогенизирует хозяйскую клетку: все фаговые гены, кроме одного, выключаются, и фаговая хромосома, которая теперь называется профагом, становится частью хозяйской хромосомы. По мере того как лизогенная бактерия, несущая профаг, растет и делится, профаг пассивно реплицируется и переходит в латентной форме в дочерние бактериальные клетки, все время оставаясь в составе хозяйской хромосомы. Этот процесс может повторяться бесконечно, и в отсутствие внешних возмущений такие растущие и делящиеся лизогенные бактерии очень редко продуцируют фаг.
Однако при УФ-облучении почти все лизогенные клетки в популяции лизируются и дадут новый урожай фага X. Ультрафиолетовый свет включает или индуцирует молчавшие до сих пор фаговые гены, и начинается литический цикл. Литический цикл в лизогенных клетках индуцируют многие
20
;ругие воздействия, повреждающие хозяйскую ДНК, а не 'лько УФ-свет. Чтобы «почувствовать» предстоящую гибель ¦ мяйской клетки под действием индуцирующего воздействия, : .-л овая хромосома использует бактериальные ферменты. Она вкидает многократно повторенный путь пассивной репликации и переходит на путь литического развития.
В данной главе объясняется, каким образом фаговые гены поддерживаются в молчащем состоянии при лизогении и как происходит их включение с высокой эффективностью при переходе на путь литического развития при действии индуцирующего сигнала на лизогенную клетку. В общих чертах переключение происходит следующим образом.
В лизогенной клетке работает единственный фаговый ген, кодирующий белок - репрессор фага L Репрессор является и позитивным, и негативным регулятором экспрессии генов. Связываясь всего с двумя операторами ДНК фага А,, он выключает все остальные фаговые гены и включает свой собственный ген. (В гл. 3 объяснено, как включается ген, кодирующий репрессор, в самом начале, сразу после заражения, когда никакого репрессора в клетке еще нет.)
Рис. 1.1. Частица фага X. Хромосома фага X длиной около 50000 пар оснований находится в головке фага, где она намотана на белковую
сердцевину.
Хвостовой
отросток
Головка
ДНК
Хотя в лизогенной клетке имеется только один профаг, в ней содержится около 100 активных молекул репрессора и лишние молекулы репрессора могут связаться с любой добавочной хромосомой X, проникшей в клетку В результате фаг не может литически размножаться в лизогенных клетках (рис. 1.3) Говорят, что лизоген обладает иммунитетом по отношению к заражению X
Ультрафиолетовое облучение лизогенных клеток инактивирует репрессор. В результате синтезируется другой фаговый регуляторный белок - Сго. Сго начинает литический цикл и необходим для него. Он связывается с теми же операторными участками, что и репрессор, но оказывает противоположное физиологическое действие. Именно эти два регуляторных белка вместе с РНК-полимеразой и соответствующими промо-
/ \
Лизис Лизогения
