Использование ЭВМ в молекулярной биологии. Введение в теорию генетических текстов - Соловьев В.В.
Скачать (прямая ссылка):
ТОО
А С С
ГГГГТ71*Ю0:Ц]:
Т Т А А С А] С
А С А А Т Т
Г в Г Г А А
Рис. 14. Пример симметричной структуры Хас -оператора
26
Рассмотрим примеры выявленных операторных последовательностей. Один из хорошо исследованных случаев - зоб -регуляторная система Е. coli , которая в ответ на повреждения ДНК или ингибирование репликации усиливает возможности для репарации ДНК, мутагенеза и ряда других функций /65/. Для многих из индуцируемых при SOS ответе генов ( nvrA , itvrB, sulA,himA, vmuJ}C оперон, колицин Е и др.) показано, что репрессия их транскрипции обусловлена связыванием с промоторными районами Lex А-белка. ХехЛ-связывающие сайты выявлены в 5'-зоне s05-индуцируемых генов Лес А , ЪекА . Эти сайты, называемые 505-боксаш, включают сте - с ^-последовательности, центральная часть которых размером 10 п.н. обогащена А/Г нуклеотидами /66/.
Практически все исследованные 505-операторы локализованы в районе промоторов (-40 - +1), что обеспечивает при взаимодействии ie хА-белка с ними стерические црепятствия для связывания РНК-полимеразы и предотвращает инициацию транскрипции /67/.
2.2.4.4. Авторегуляция транскрипции. Важный класс репрессируемых систем образуют гены, использующие авторегуляторный способ контроля транскрипции. Общая схема такой регуляции приведена на рис. 15 /34/. Авторегуляция
СТРУКТУРНЫЙ СТРУКТУРНЫЙ ПРОМОТОР ОПЕРАТОР ГЕН I ГЕН 2
27
часто наблюдается для генов, кодирующих сами рецрессорные белки. Например, соответствующие операторные сайты выявлены в районе цромотора генов таких рецрессоров, как LexA , рецрес-сор триптофанового оперона ( Гг pR ), арабинозного оперона ( Ата С ) у Е. coii , Л-репрессор и Ого у Я-фага, аналогичные белки у фага Р22, репрессор гена, контролирующего устойчивость к тетрациклину, в ряде транспозонов и плазмид ( tetJR ).
Математический анализ регулируемых систем показывает, что контроль с помощью рецрессоров имеет ряд преимуществ и используется там, где требуется низкий уровень экспрессии /62/.
2.2.4.5. Сайты, взаимодействующие с активаторными белками. Активаторный контроль используется в системах, где необходим высокий уровень конечного продукта. В индуцируемых системах цри этом субстрат часто присутствует в высоких концентрациях в окружающей среде, а в репрессируемых системах конечный продукт редко встречается в естественных условиях /53/.
Механизм действия активаторных белков до сих пор остается во многих случаях не выяснен. Активаторный белок может действовать, контактируя с РНК-полимеразой, облегчая ей формирование открытого комплекса. Такой механизм наблюдается для фагов ?! и 434, в которых рецрессор, связанный с оператором 02, стимулирует транс1фипцию своего собственного гена, прямо контактируя с РНК-полимеразой /70, 71/.
Другой способ активации - это препятствие связыванию с ДНК белков, ингибирующих транскрипцию, или блокирование слабого промотора и инициация синтеза РНК на более сильном. Например, в Lac- и 'Gdl-оперонах связывание САР-белка препятствует связыванию РНК-полимеразы со слабым промотором ?2 и активирует PI в присутствии индукторов, что обусловливает увеличение экспрессии в 50 раз /72, 73/.
Кроме того, активаторный белок может изменять конформацию ДНК, облегчая инициацию транскрипции. Такой механизм ыо;хет объяснять влияние сайта взаимодействия с белком на значительном расстоянии, однако он не имеет прямого экспериментального подтверждения /43/.
Наиболее изученным активаторным белком является активатор
28
катаболизма (СЛР), который осуществляет положительный контроль за экспрессией многих генов, вовлеченных в катаболизм субстратов. Когда глюкоза отсутствует в окружающей среде, уровень ц-АМФ в клетке увеличивается за счет активации аденилат-циклазы. Ц-АМФ связывается с САР, и этот комплекс, взаимодействуя с 5’-районами генов, увеличивает уровень транскрипции (иногда в десятки раз). Консенсус последовательностей САР-сай-тов в ряде катаболических и других оперонов или генов приведена рис. 16 /43; 74 - 76/.
G
-------тет-----т-----АСА
А
Рис. 16. Консенсус сайтов связывания САР-акткватора
Примером дальнодействущего активатора является продукт гена Nifa , усиливающий транскрипцию генов азотфиксации (Nif ) у Kiebsietfa рлеитолгае . Анализ 5’-районов генов азотфиксирующих бактерий К.pneumoniae , Azoiobacbcr и Rhizobium позволил выделить консенсус для сайта, взаимодействующего с активаторным белком (рис. 17). Показано, что ориентация этого сайта и расстояние от промотора в пределах 2000 п.н. не существенны для его функционирования /77/.
5'- AA-TGTGA—Т—TCA-ATW ,
Рис. 17. Консенсус последовательностей, взаимодействующих с активатором Xif-генов
Свойства рассмотренных дальнодействующих элементов напоминают характеристики энхансеров (усилителей транскрипции), которые широко распространены и исследованы в геномах эукариот /78/.
Ряд регуляторных белков выполняет функции как активаторов, так и рецрессоров. Наиболее известным примером является реп-рессор фага я , который, связываясь с различными операторами, либо активирует (оператор 02), либо ингибирует (оператор 03) синтез своей собственной мРНК /70, 71/.
