Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с лямбда- выражения бактериофага )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вирус эшерихии Лямбда
Лямбда EM.jpg
Электронная микрофотография вирусной частицы вида Escherichia virus Lambda
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Царство :Дуплоднавирия
Королевство:Heunggongvirae
Тип:Уровирикота
Класс:Caudoviricetes
Заказ:Caudovirales
Семья:Siphoviridae
Род:Лямбдавирус
Разновидность:
Вирус эшерихии Лямбда

Фаг энтеробактерий λ ( фаг лямбда , колифаг λ , официально вирус Escherichia Lambda ) - это бактериальный вирус или бактериофаг , который поражает бактериальные виды Escherichia coli ( E. coli ). Он был открыт Эстер Ледерберг в 1950 году. [1] Дикий тип этого вируса имеет умеренный жизненный цикл, который позволяет ему либо находиться в геноме своего хозяина посредством лизогении, либо вступать в литический процесс.фаза, во время которой он убивает и лизирует клетку, чтобы произвести потомство. Штаммы лямбда, мутировавшие в определенных сайтах, неспособны лизогенизировать клетки; вместо этого они растут и вступают в литический цикл после суперинфекции уже лизогенизированной клетки. [2]

Фаговая частица состоит из головы (также известной как капсид ), хвоста и хвостовых волокон (см. Изображение вируса ниже). Голова содержит двухцепочечный линейный ДНК- геном фага . Во время инфекции фаговая частица распознает и связывается со своим хозяином, E. coli , в результате чего ДНК в головке фага выбрасывается через хвост в цитоплазму бактериальной клетки. Обычно следует « литический цикл », когда лямбда-ДНК реплицируется и в клетке образуются новые фаговые частицы. Затем следует лизис клеток., высвобождая содержимое клетки, включая собранные вирионы, в окружающую среду. Однако при определенных условиях ДНК фага может интегрироваться в хромосому клетки-хозяина лизогенным путем. В этом состоянии λ-ДНК называется профагом и остается в геноме хозяина без видимого вреда для хозяина. Хозяин называется лизогеном, когда присутствует профаг . Этот профаг может войти в литический цикл, когда лизоген входит в стрессовое состояние.

Анатомия [ править ]

Бактериофаг лямбда-вирион (схема). Показаны названия белков и их количество копий в частице вириона. Присутствие белков L и M в вирионе до сих пор неясно. [3]

Вирусная частица состоит из головы и хвоста, которые могут иметь хвостовые волокна. Вся частица состоит из 12–14 различных белков, всего более 1000 молекул белка и одной молекулы ДНК, расположенной в головке фага. Однако до сих пор не совсем ясно, являются ли белки L и M частью вириона. [3] Все охарактеризованные лямбдоидные фаги обладают механизмом антитерминации транскрипции, опосредованным N-белком, за исключением фага HK022 [4]

Линейная структура генома фага лямбда с основными оперонами, промоторными областями и генами, кодирующими капсиды. [3]

Геном содержит 48,490 пары оснований двухцепочечной, линейной ДНК, с 12-базовыми однонитевыми сегментами на обоих концах 5' . [5] Эти два одноцепочечных сегмента являются «липкими концами» того, что называется сайтом cos . Сайт cos циркулирует ДНК в цитоплазме хозяина. Таким образом, длина кольцевого генома фага составляет 48 502 пары оснований. [5] Геном лямбда может быть вставлен в хромосому E. coli и затем называется профагом. См. Подробности в разделе ниже.

Жизненный цикл [ править ]

Инфекция [ править ]

Взаимодействие белка J фага лямбда с порином LamB

Лямбда-фаг - это фаг с неконтрактильным хвостом, что означает, что во время инфекции он не может «протолкнуть» свою ДНК через мембрану бактериальной клетки. Вместо этого он должен использовать существующий путь для проникновения в клетку-хозяина, развив кончик своего хвоста, чтобы взаимодействовать с определенной порой, чтобы позволить своей ДНК проникнуть в клетку-хозяина.

  1. Бактериофаг лямбда связывается с клеткой E. coli посредством своего белка J на ​​кончике хвоста. Белок взаимодействует с J мальтозы наружной мембраны порина (продукта из Lamb гена) из кишечной палочки , [6] порин молекула, которая является частью мальтозы оперона.
  2. Геном линейного фага вводится через внешнюю мембрану.
  3. ДНК проходит через комплекс маннозо-пермеазы во внутренней мембране [7] [8] (кодируемый генами manXYZ) и немедленно циркулирует с использованием сайтов cos , 12-оснований GC-богатых когезионных «липких концов». Концы одноцепочечной вирусной ДНК лигируют с помощью лигазы ДНК хозяина . Обычно не принято во внимание, что липкие концы лямбда длиной 12 пар оснований были предметом первого прямого нуклеотидного секвенирования биологической ДНК. [9]
Инъекция ДНК фага лямбда в клеточную мембрану с использованием пермеазы маннозы PTS (система транспортировки сахара) в качестве механизма проникновения в цитоплазму
  1. Гираза ДНК хозяина помещает отрицательные суперспирали в кольцевую хромосому, заставляя богатые АТ области раскручиваться и управлять транскрипцией.
  2. Транскрипция начинается с конститутивных промоторов P L , P R и P R ', продуцирующих «немедленные» транскрипты. Сначала они экспрессируют гены N и cro , продуцируя N, Cro и короткий неактивный белок.
События ранней активации с участием N-белка
  1. Cro связывается с OR3 , предотвращая доступ к промотору P RM , предотвращая экспрессию гена cI . N связывается с двумя сайтами Nut (использование N), одним в гене N в рамке считывания P L и одним в гене cro в рамке считывания P R.
  2. Белок N является антитерминатором и функционирует, взаимодействуя с транскрибирующей РНК-полимеразой в определенных участках зарождающейся транскрибируемой мРНК. Когда РНК-полимераза транскрибирует эти области, она рекрутирует N и образует комплекс с несколькими белками Nus хозяина. Этот комплекс пропускает большинство терминирующих последовательностей. Расширенные транскриптов (в «конце раннего» транскрипты) включают N и CrO генов наряду с CII и CIII генов, и Xis , Int , O , P и Q гены обсуждены позже.
  3. Белок CIII действует , чтобы защитить белка CII от протеолиза FTSH (мембранно-связанного существенным Е . Палочка протеазы), действуя в качестве конкурентного ингибитора. Это ингибирование может вызвать бактериостатическое состояние, которое способствует лизогении. cIII также напрямую стабилизирует белок cII. [10]

При начальной инфекции стабильность cII определяет образ жизни фага; стабильный cII будет вести к лизогенному пути, тогда как если cII деградирует, фаг перейдет на литический путь. Известно, что низкая температура, голодание клеток и высокая множественность инфекции (MOI) способствуют лизогении (см. Обсуждение ниже).

N antitermination [ править ]

N-антитерминация требует сборки большого рибонуклеопротеинового комплекса для эффективного продления процесса анти-терминации, без полного комплекса РНК-полимераза способна обойти только один терминатор [11]

Это происходит без взаимодействия белка N с ДНК; вместо этого белок связывается со свежеотранскрибированной мРНК. Сайты орехов содержат 3 консервативных «ящика», из которых важен только BoxB.

  1. Последовательности РНК boxB расположены близко к 5'-концу транскриптов pL и pR. При транскрибировании каждая последовательность образует структуру петли шпильки, с которой может связываться белок N.
  2. Белок N связывается с boxB в каждом транскрипте и связывается с транскрибирующей РНК-полимеразой посредством образования петли РНК. Комплекс N-RNAP стабилизируется за счет последующего связывания нескольких белков Nus хозяина (вещества утилизации N) (которые включают факторы терминации транскрипции / антитерминации и, как ни странно, субъединицу рибосомы).
  3. Весь комплекс (включая связанный сайт Nut на мРНК) продолжает транскрипцию и может пропускать терминирующие последовательности.

Литический жизненный цикл [ править ]

Основная статья: Литический цикл
Бляшки лизиса лямбда-фага на бактериях E. coli

Это жизненный цикл, которому фаг следует после большинства инфекций, когда белок cII не достигает достаточно высокой концентрации из-за деградации, поэтому не активирует свои промоторы.

  1. «Поздние ранние» транскрипты продолжают записываться, включая xis , int , Q и гены для репликации лямбда-генома ( OP ). Cro доминирует в репрессорном сайте (см. Раздел «Репрессор» ), подавляя синтез с промотора P RM (который является промотором лизогенного цикла).
  2. Белки O и P инициируют репликацию хромосомы фага (см. «Литическая репликация»).
  3. Q, другой антитерминатор , связывается с сайтами Qut .
  4. Транскрипция с промотора P R ' теперь может распространяться с образованием мРНК для лизиса, а также белков головы и хвоста.
  5. Структурные белки и фаговые геномы самоорганизуются в новые фаговые частицы.
  6. Продукты генов S , R , Rz и Rz1 вызывают лизис клеток. S представляет собой холин , небольшой мембранный белок, который в момент, определяемый последовательностью белка, внезапно делает дыры в мембране. R представляет собой эндолизин , фермент, который выходит через S-отверстия и расщепляет клеточную стенку. Rz и Rz1 представляют собой мембранные белки, которые образуют комплекс, который каким-то образом разрушает внешнюю мембрану после того, как эндолизин разрушил клеточную стенку. Для лямбда дикого типа лизис происходит примерно через 50 минут после начала инфекции и высвобождает около 100 вирионов.

Правая транскрипция [ править ]

Правая транскрипция экспрессирует гены O , P и Q. O и P ответственны за инициацию репликации, а Q - еще один антитерминатор, который делает возможной экспрессию генов головы, хвоста и лизиса из P R ' .

Литическая репликация [ править ]

  1. В течение первых нескольких циклов репликации лямбда-геном подвергается θ-репликации (от круга к кругу).
  2. Это инициируется на сайте ori, расположенном в гене O. Белок O связывает сайт ori , а белок P связывает субъединицу DnaB аппарата репликации хозяина, а также связывает O. Это эффективно управляет ДНК-полимеразой хозяина.
  3. Вскоре фаг переключается на репликацию по катящемуся кругу, аналогичную той, что используется фагом M13. ДНК разорвана, и 3'-конец служит праймером. Обратите внимание, что при этом высвобождаются не отдельные копии генома фага, а одна длинная молекула с множеством копий генома: конкатемер .
  4. Эти конкатемеры расщепляются на своих участках cos, когда они упакованы. Упаковка не может происходить из кольцевой ДНК фага, только из конкатомерной ДНК.

Q antitermination [ править ]

Белок Q модифицирует РНК-полимеразу в промоторной области и рекрутируется в РНК-полимеразу. Белок Q превращается в субъединицу РНК-полимеразы после рекрутирования на РНКП и переводит фермент в процессивное состояние. Обратите внимание, что NusA может стимулировать активность белка Q. [11]

Q похож на N по своему действию: Q связывается с РНК-полимеразой в сайтах Qut, и полученный комплекс может игнорировать терминаторы, однако механизм очень другой; белок Q сначала ассоциируется с последовательностью ДНК, а не с последовательностью мРНК. [12]

  1. Сайт Qut находится очень близко к промотору P R ' , достаточно близко, чтобы σ-фактор не высвобождался из холофермента РНК-полимеразы. Часть сайта Qut напоминает коробку -10 Pribnow , что приводит к приостановке действия холоэнзима .
  2. Затем белок Q связывает и вытесняет часть σ-фактора, и транскрипция возобновляется.
  3. Гены головы и хвоста транскрибируются, и соответствующие белки собираются самостоятельно.

Левосторонняя транскрипция [ править ]

Диаграмма, показывающая процесс ретро-регуляции, который дает более высокую концентрацию xis по сравнению с int. Транскрипт мРНК переваривается бактериальной РНКазой, начиная с расщепленной петли шпильки у sib.

Транскрипции Влево выражает гам , красный , XIs и INT гены. В рекомбинации участвуют гамма-белки и красные белки. Gam также важен тем, что он ингибирует нуклеазу RecBCD хозяина от разрушения 3'-концов при репликации по катящемуся кругу. Int и xis являются белками интеграции и удаления, жизненно важными для лизогении.

xis и int регулирование вставки и удаления [ править ]

  1. xis и int находятся на одной и той же части мРНК, поэтому продуцируются примерно равные концентрации белков xis и int . Это приводит (первоначально) к удалению любых вставленных геномов из генома хозяина.
  2. МРНК от промотора P L образует стабильную вторичную структуру со стеблем-петлей в sib- участке мРНК. Это нацелено на 3 '( sib ) конец мРНК для деградации РНКазы III, что приводит к более низкой эффективной концентрации int- мРНК, чем xis- мРНК (поскольку int- цистрон ближе к sib- последовательности, чем xis- цистрон к sib- последовательности) , поэтому наблюдается более высокая концентрация xis, чем int .
  3. Более высокие концентрации xis, чем int, приводят к отсутствию вставки или вырезанию фаговых геномов, что является эволюционно благоприятным действием - оставляя любые предварительно вставленные фаговые геномы вставленными (таким образом, снижая конкуренцию) и предотвращая вставку генома фага в геном обреченного хозяина.

Лизогенный (или лизеногенный) жизненный цикл [ править ]

Основная статья: лизогенный цикл

Лизогенный жизненный цикл начинается, когда белок cI достигает достаточно высокой концентрации, чтобы активировать его промоторы после небольшого числа инфекций.

  1. «Поздние ранние» транскрипты продолжают записываться, включая xis , int , Q и гены для репликации лямбда-генома.
  2. Стабилизированный cII способствует транскрипции с промоторов P RE , P I и P antiq .
  3. Р Antiq промотор производит антисмысловый мРНК в Q сообщения гена из P R промотора транскрипта, те самые выключая производства Q. Р RE промотор производит антисмысловый мРНК к CrO секции Р R промотора транскрипта, выключая CrO производства, и имеет транскрипт či гена. Это выражается в включении производства репрессоров КИ. Р Я промотор выражает Int гена, что приводит к высокой концентрации белка Int. Этот белок int интегрирует ДНК фага в хромосому хозяина (см. «Интеграция профага»).
  4. Отсутствие Q не приводит к расширению рамки считывания промотора P R ' , поэтому литические или структурные белки не образуются. Повышенные уровни int (намного выше, чем у xis) приводят к встраиванию лямбда-генома в геном хозяина (см. Диаграмму). Продукция cI приводит к связыванию cI с сайтами OR1 и OR2 в промоторе P R , выключая экспрессию cro и других ранних генов. cI также связывается с промотором P L , выключая и там транскрипцию.
  5. Отсутствие cro оставляет сайт OR3 несвязанным, поэтому может происходить транскрипция с промотора P RM , поддерживая уровни cI.
  6. Отсутствие транскрипции с промоторов P L и P R не приводит к дальнейшей продукции cII и cIII.
  7. Когда концентрации cII и cIII снижаются, транскрипция P antiq , P RE и P I перестает стимулироваться, поскольку они больше не нужны.
  8. Только промоторы P RM и P R ' остаются активными, первый из них продуцирует белок cI, а второй - короткий неактивный транскрипт. Геном остается встроенным в геном хозяина в неактивном состоянии.

Профаг дублируется при каждом последующем делении клеток хозяина. Гены фага, экспрессируемые в этом состоянии покоя, кодируют белки, которые подавляют экспрессию других фаговых генов (таких как структурные гены и гены лизиса), чтобы предотвратить вступление в литический цикл. Эти репрессивные белки разрушаются, когда хозяйская клетка находится в состоянии стресса, что приводит к экспрессии репрессированных фаговых генов. Стресс может быть вызван голодом , ядами (например, антибиотиками ) или другими факторами, которые могут повредить или уничтожить хозяина. В ответ на стресс активированный профаг вырезается из ДНК клетки-хозяина одним из вновь экспрессированных генных продуктов и вступает в свой литический путь.

Интеграция профага [ править ]

Интеграция фага λ происходит в специальном сайте прикрепления в геномах бактерий и фагов, называемом att λ . Последовательность бактериального att-сайта называется attB , между gal и bio оперонами, и состоит из частей BO-B ', тогда как комплементарная последовательность в кольцевом геноме фага называется attP и состоит из частей PO-P'. Сама интеграция представляет собой последовательный обмен (см. Генетическую рекомбинацию ) через соединение Холлидея и требует как фагового белка Int, так и бактериального белка IHF ( фактора интеграции-хозяина ). И Int, и IHF связываются с attPи образуют интасому, комплекс ДНК-белок, разработанный для сайт-специфической рекомбинации ДНК фага и хозяина. Исходная последовательность BOB 'изменена путем интеграции с BO-P'-фагом ДНК-PO-B'. ДНК фага теперь является частью генома хозяина. [13]

Поддержание лизогении [ править ]

Упрощенное представление парадигмы интеграции / удаления и основных задействованных генов.
  • Лизогения поддерживается исключительно cI. cI репрессирует транскрипцию из P L и P R, одновременно регулируя и контролируя свою собственную экспрессию из P RM . Следовательно, это единственный белок, экспрессируемый лизогенным фагом.
Репрессоры лизогена и полимераза связываются с OR1 и рекрутируют OR2, который активирует PRM и выключает PR.
  • Это координируется Р L и P R операторов. Оба оператора имеет три сайтов связывания для ДИ: OL1 , OL2 и OL3 для P L , и OR1 , OR2 и OR3 для P R .
  • cI наиболее благоприятно связывается с OR1 ; связывание здесь ингибирует транскрипцию с P R . Поскольку cI легко димеризуется, связывание cI с OR1 значительно увеличивает сродство связывания cI с OR2 , и это происходит почти сразу после связывания OR1 . Это активирует транскрипцию в противоположном направлении от P RM , поскольку N-концевой домен cI на OR2 усиливает связывание РНК-полимеразы с P RM и, следовательно, cI стимулирует собственную транскрипцию. Когда он присутствует в гораздо более высокой концентрации, он также связывается с OR3 , ингибируя транскрипцию с P RM., таким образом регулируя свои собственные уровни в петле отрицательной обратной связи.
  • Связывание cI с оператором P L очень похоже, за исключением того, что оно не оказывает прямого влияния на транскрипцию cI. Однако в качестве дополнительной репрессии собственной экспрессии димеры cI, связанные с OR3 и OL3, изгибают ДНК между ними с образованием тетрамеризации.
  • Присутствие cI вызывает иммунитет к суперинфекции другими лямбда-фагами, поскольку он будет ингибировать их промоторы P L и P R.

Индукция [ править ]

Состояние транскрипции промоторных областей P RM и P R во время лизогенного состояния по сравнению с индуцированным ранним литическим состоянием.

Классическая индукция лизогена заключалась в облучении инфицированных клеток УФ-светом. Любая ситуация, когда лизоген подвергается повреждению ДНК или иначе стимулируется SOS-ответ хозяина, приводит к индукции.

  1. Клетка-хозяин, содержащая спящий геном фага, испытывает повреждение ДНК из-за высокой стрессовой среды и начинает подвергаться SOS-ответу .
  2. RecA (клеточный белок) обнаруживает повреждение ДНК и активируется. Теперь это RecA *, высокоспецифичная ко-протеаза.
  3. Обычно RecA * связывает LexA ( репрессор транскрипции ), активируя активность аутопротеазы LexA, которая разрушает репрессор LexA, обеспечивая производство белков репарации ДНК . В лизогенных клетках этот ответ нарушается, и RecA * стимулирует автодробление cI. Это связано с тем, что cI имитирует структуру LexA на участке авторасщепления.
  4. Расщепленный cI больше не может димеризоваться и теряет сродство к связыванию с ДНК.
  5. В не Р R и P L промоторы больше не репрессирован и включить, и клеточные возвращается к литической последовательности экспрессии событий (обратите внимание , что CII не является стабильным в клетках , проходящих ответ SOS). Однако есть одно заметное отличие.
Функция LexA в ответе SOS. Экспрессия LexA приводит к ингибированию различных генов, включая LexA.

Контроль удаления генома фага при индукции [ править ]

  1. Геном фага все еще встроен в геном хозяина и нуждается в вырезании для репликации ДНК. Однако участок sib за пределами нормального транскрипта промотора P L больше не включается в эту рамку считывания (см. Диаграмму).
  2. Отсутствие sib- домена на мРНК промотора P L приводит к отсутствию шпильки на 3'-конце, и транскрипт больше не является мишенью для деградации РНКазы III.
  3. Новый интактный транскрипт имеет по одной копии как xis , так и int , поэтому продуцируются примерно равные концентрации белков xis и int.
  4. Равные концентрации xis и int приводят к вырезанию встроенного генома из генома хозяина для репликации и более позднего продуцирования фага.

Реактивация множественности и реактивация профага [ править ]

Реактивация множественности (MR) - это процесс, при котором несколько вирусных геномов, каждый из которых содержит инактивирующее повреждение генома, взаимодействуют внутри инфицированной клетки с образованием жизнеспособного вирусного генома. Первоначально MR был обнаружен с фагом T4, но впоследствии был обнаружен в фаге λ (а также во многих других вирусах бактерий и млекопитающих [14] ). MR фага λ, инактивированного УФ-светом, зависит от функции рекомбинации либо хозяина, либо инфицирующего фага. [15] Отсутствие обеих систем рекомбинации приводит к потере MR.

Выживаемость УФ-облученного фага λ увеличивается, когда хозяин E. coli является лизогенным в отношении гомологичного профага, это явление называется реактивацией профага. [16] Реактивация профага в фаге λ, по-видимому, происходит за счет рекомбинационного процесса репарации, аналогичного процессу MR.

Репрессор [ править ]

Белковые взаимодействия, которые приводят к литическому или лизогенному циклу для фага лямбда

Репрессор найдено в фага лямбда является ярким примером уровня контроля над возможным экспрессии генов с помощью очень простой системы. Он образует «бинарный переключатель» с двумя генами при взаимоисключающей экспрессии, как обнаружила Барбара Дж. Мейер . [17]

Визуальное представление связывания тетрамера / октамера репрессора с участками операторов L и R лямбда фага (стабильное лизогенное состояние)

Система генов-репрессоров лямбда состоит из (слева направо на хромосоме):

  • ген cI
  • О Р 3
  • O R 2
  • О Р 1
  • CRO ген

Репрессор лямбда - это самособирающийся димер, также известный как белок cI . [18] Он связывает ДНК в мотиве связывания спираль-поворот-спираль. Он регулирует транскрипцию белка cI и белка Cro.

Жизненный цикл лямбда-фагов контролируется белками cI и Cro. Лямбда-фаг будет оставаться в лизогенном состоянии, если преобладают белки cI, но будет преобразован в литический цикл, если преобладают белки кро.

Димер cI может связываться с любым из трех операторов, O R 1, O R 2 и O R 3, в порядке O R 1> O R 2> O R 3. Связывание димера cI с O R 1 усиливает связывание. второго димера cI к O R 2, эффект, называемый кооперативностью . Таким образом, O R 1 и O R 2 почти всегда одновременно заняты cI. Однако это не увеличивает сродство между cI и O R 3, которое будет занято только при высокой концентрации cI.

При высоких концентрациях cI димеры также будут связываться с операторами O L 1 и O L 2 (которые находятся более чем на 2 т.п.н. ниже по потоку от операторов R). Когда димеры cI связаны с O L 1, O L 2, O R 1 и O R 2, в ДНК индуцируется петля, позволяющая этим димерам связываться вместе с образованием октамера. Это явление называется дальнодействующим взаимодействием . После образования октамера димеры cI могут кооперативно связываться с O L 3 и O R 3, подавляя транскрипцию cI. Этот автономныйрегулирование обеспечивает стабильную минимальную концентрацию репрессорной молекулы и, в случае возникновения сигналов SOS, позволяет более эффективную индукцию профага. [19]

  • В отсутствие белков cI можно транскрибировать ген cro .
  • В присутствии белков cI транскрибируется только ген cI .
  • При высокой концентрации cI происходит репрессия транскрипции обоих генов.

  • Некоторые пары оснований выполняют двойную функцию с промотором и оператором для белков cl и cro.

  • Белок cl включен, репрессор, связанный с полимеразой OR2, увеличивается, и OR1 выключен.

  • Репрессия лизогена, связанная со всеми 3 сайтами, встречается редко из-за слабой аффинности связывания OR3. Репрессия OR1 увеличивает сродство связывания с OR2 из-за взаимодействия репрессор-репрессор. Повышенные концентрации репрессора усиливают связывание.

Обзор функции белков [ править ]

ПротеинФункция в жизненном циклеРегион промоутераОписание
cIIIРегуляторный белок CIII. Лизогения, стабильность cIIP L(Clear 3) HflB (FtsH) связывающий белок, защищает cII от деградации протеазами.
cIIЛизогения, активатор транскрипцииP R(Очистить 2) Активирует транскрипцию с промоторов P AQ , P RE и P I , транскрибируя cI и int . Низкая стабильность из-за чувствительности к клеточным протеазам HflB (FtsH) (особенно в здоровых клетках и клетках, подвергающихся SOS-ответу). Высокие уровни cII подталкивают фаг к интеграции и лизогению, в то время как низкие уровни cII приводят к лизису.
cIРепрессор, поддержание лизогенииP RM , P RE(Очистить 1) Ингибитор транскрипции, связывает O R 1, O R 2 и O R 3 (сродство O R 1> O R 2 = O R 3, т.е. предпочтительно связывает O R 1). При низких концентрациях блокирует промотор P R (предотвращая продукцию cro). В высоких концентрациях подавляет собственное производство за счет связывания O R 3. Репрессор также подавляет транскрипцию с промотора P L. Восприимчивы к расщеплению RecA * в клетках, подвергающихся SOS-ответу.
CroЛизис, контроль оператора репрессораP RИнгибитор транскрипции связывает O R 3, O R 2 и O R 1 (сродство O R 3> O R 2 = O R 1, т.е. предпочтительно связывает O R 3). В низких концентрациях блокирует промотор pRM (предотвращая продукцию cI ). В высоких концентрациях подавляет собственное производство за счет связывания O R 2 и O R 1. Нет совместной привязки (см. Ниже для привязки cI)
ОЛизис, репликация ДНКP RРепликационный белок O. Инициирует репликацию ДНК фага лямбда путем связывания на сайте ori .
пЛизис, репликация ДНКP RИнициирует репликацию ДНК фага лямбда путем связывания с субъединицей O и DnaB . Эти связывания обеспечивают контроль над ДНК-полимеразой хозяина.
играЛизис, репликация ДНКP LЗапрещает нуклеазе RecBCD хоста разлагать 3'-концы - позволяет продолжаться репликации по катящемуся кругу .
SЛизисP R 'Холин , мембранный белок, который перфорирует мембрану во время лизиса.
рЛизисP R 'Эндолизин , лизоцим , фермент, который выходит из клетки через отверстия, продуцируемые холином, и расщепляет клеточную стенку.
Rz и Rz1ЛизисP R 'Образует мембранный белковый комплекс, который разрушает внешнюю клеточную мембрану после разрушения клеточной стенки эндолизином. Спанин, Rz1 (субъединица внешней мембраны) и Rz (субъединица внутренней мембраны).
FЛизисP R 'Белки капсидной головки фага.
DЛизисP R 'Белок украшения головы.
EЛизисP R 'Главный белок головы.
CЛизисP R 'Незначительный капсидный белок.
BЛизисP R 'Портальный белок B.
АЛизисP R 'Белок большой терминазы.
JЛизисP R 'Белок специфичности хозяина J.
МВУГЛТЗЛизисP R 'Минорный хвостовой белок M.
KЛизисP R 'Вероятная эндопептидаза.
ЧАСЛизисP R 'Хвостовая рулетка, белок H.
яЛизисP R 'Белок сборки хвоста I.
FIЛизисP R 'ДНК-упаковывающий белок FI.
FIIЛизисP R 'Белок прикрепления хвоста.
tfaЛизисP R 'Белок сборки хвостовых волокон.
intИнтеграция генома, эксцизияP I , P LИнтеграция , управляет вставкой генома фага в геном хозяина. В условиях низкой ИНТ концентрации нет никакого эффекта. Если концентрация xis низкая, а int высокая, то это приводит к встраиванию генома фага. Если xis и int имеют высокие (и примерно равные) концентрации, это приводит к удалению фаговых геномов из генома хозяина.
xisУдаление геномаP I , P LExcisionase и регулятор белка int , управляет вырезанием и вставкой генома фага в геном хозяина.
NАнтитерминация для транскрипции поздних ранних геновP LАнтитерминатор , РНК-связывающий белок и кофактор РНК-полимеразы, связывает РНК (на сайтах Nut) и переносится на формирующийся RNApol, который только что транскрибировал сайт ореха. Эта модификация RNApol предотвращает его распознавание сайтов терминации, поэтому нормальные сигналы терминации РНК-полимеразы игнорируются, и синтез РНК продолжается в дистальных фаговых генах ( cII, cIII, xis, int, O, P, Q )
QАнтитерминация для транскрипции поздних литических геновP RАнтитерминатор , ДНК-связывающий белок и кофактор RNApol, связывает ДНК (в сайтах Qut) и переносится на инициирующую RNApol. Эта модификация RNApol изменяет распознавание терминирующих последовательностей, поэтому нормальные игнорируются; специальные последовательности терминации Q на расстоянии около 20 000 п.н. эффективны. Q-удлиненные транскрипты включают структурные белки фага (AF, ZJ) и гены лизиса ( S, R, Rz и Rz1 ). Подавляется антисмысловой мРНК P antiq во время лизогении.
RecASOS ответБелок хозяинаБелок репарации ДНК, действует как ко-протеаза во время SOS-ответа, автоматически расщепляя LexA и cI и облегчая лизис.

Литические против лизогенных [ править ]

Диаграмма жизненного цикла фага умеренного пояса, показывающая как литический, так и лизогенный циклы.

Важным различием здесь является различие между двумя решениями; лизогения и лизиса при инфекции, а также продолжения лизогении или лизиса профага. Последнее определяется исключительно активацией RecA в SOS-ответе клетки, как подробно описано в разделе, посвященном индукции. На первых это также повлияет; клетка, испытывающая SOS-ответ, всегда будет лизироваться, так как не будет позволено накапливаться белку cI. Однако первоначальное литическое / лизогенное решение об инфекции также зависит от белков cII и cIII.

В клетках с достаточным количеством питательных веществ высока активность протеазы, расщепляющей cII. [20] Это приводит к литическому образу жизни. В клетках с ограниченным количеством питательных веществ активность протеаз низкая, что делает cII стабильным. Это приводит к лизогенному образу жизни. cIII, по-видимому, стабилизирует cII как напрямую, так и действуя как конкурентный ингибитор соответствующих протеаз. Это означает, что клетка, находящаяся «в беде», т. Е. Испытывая недостаток питательных веществ и находящаяся в более спящем состоянии, с большей вероятностью подвергнется лизогенизации. Это было бы выбрано, потому что фаг теперь может бездействовать в бактерии, пока не наступят лучшие времена, и поэтому фаг может создавать больше копий себя с дополнительными доступными ресурсами и с более вероятной близостью дальнейших инфицированных клеток.

Полная биофизическая модель для решения lysis-lysogeny лямбда еще предстоит разработать. Компьютерное моделирование и симуляция предполагают, что случайные процессы во время инфекции управляют выбором лизиса или лизогении в отдельных клетках. [21] Однако недавние эксперименты показывают, что физические различия между клетками, существовавшие до заражения, предопределяют, будет ли клетка лизироваться или станет лизогеном. [22]

Как генетический инструмент [ править ]

Лямбда-фаг широко использовался в качестве модельного организма и стал богатым источником полезных инструментов в микробной генетике , а позже и в молекулярной генетике . Использование включает его применение в качестве вектора для клонирования рекомбинантной ДНК ; использование его сайт-специфической рекомбиназы (int) для перетасовки клонированных ДНК методом шлюза ; и применение его оперона Red , включая белки Red alpha (также называемые «экзо»), бета и гамма, в методе ДНК-инженерии, называемом рекомбинирингом.. Фрагмент ДНК фага лямбда размером 48 т.п.н. не важен для продуктивной инфекции и может быть заменен чужеродной ДНК. Лямбда-фаг легче проникает в бактерии, чем плазмиды, что делает его полезным вектором, который может разрушать или может стать частью ДНК хозяина. Лямбда-фагом можно манипулировать и использовать в качестве противораковой вакцины, наночастиц, нацеленных на человеческую аспартил (аспарагинил) β-гидроксилазу (ASPH, HAAH). [23] Лямбда-фаг также играет важную роль в изучении специальной трансдукции .

См. Также [ править ]

  • Эстер Ледерберг
  • Семья лямбда холина
  • Маркер размера молекулярной массы
  • Санкар Адхья
  • Зиготическая индукция
  • Corynebacteriophages - Corynephages бета (бета) и ω (омега) являются (предложение) членов рода Lambdavirus

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Эстер Ледерберг, «Лизогенностьштамма Escherichia coli K-12, Бюллетень микробной генетики , т. 1, стр. 5-8 (январь 1950 г.); затем Ледерберг Е.М., Ледерберг Дж. (Январь 1953 г.)». «Генетические исследования лизогенности в кишечная палочка» . Генетика . 38 (1):. 51-64 ПКА  1209586 . PMID  17247421 .
  2. Перейти ↑ Griffiths A, Miller J, Suzuki D, Lewontin R, Gelbart W (2000). Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5. Дата обращения 19 мая 2017 .
  3. ^ a b c Раджагопала SV, Casjens S, Uetz P (сентябрь 2011 г.). «Карта взаимодействия белков бактериофага лямбда» . BMC Microbiology . 11 : 213. DOI : 10,1186 / 1471-2180-11-213 . PMC 3224144 . PMID 21943085 .  
  4. ^ Casjens, СР, и Hendrix, RW (2015). Лямбда-бактериофаг: первопроходец и все еще актуален. Вирусология, 479-480, 310–330. DOI: 10.1016 / j.virol.2015.02.010 
  5. ^ a b Кэмпбелл, AM Бактериофаги. В: Neidhardt, FC et al. (1996) Escherichia coli и Salmonella typhimurium : клеточная и молекулярная биология (ASM Press, Вашингтон, округ Колумбия)
  6. ^ Werts С, Мишелем В, Hofnung М, Чарбит А (февраль 1994 года). «Адсорбция бактериофага лямбда на белке LamB Escherichia coli K-12: точечные мутации в гене J лямбда, ответственного за расширенный круг хозяев» . Журнал бактериологии . 176 (4): 941–7. DOI : 10.1128 / jb.176.4.941-947.1994 . PMC 205142 . PMID 8106335 .  
  7. ^ Эрни B, Zanolari B, Кохер HP (апрель 1987). «Маннозная пермеаза Escherichia coli состоит из трех различных белков. Аминокислотная последовательность и функция в транспорте сахара, фосфорилировании сахара и проникновении фаговой лямбда-ДНК». Журнал биологической химии . 262 (11): 5238–47. PMID 2951378 . 
  8. ^ Лю, Сюэли; Цзэн, Цзяньвэй; Хуанг, Кай; Ван, Цзявэй (17.06.2019). «Структура переносчика маннозы бактериальной фосфотрансферазной системы» . Клеточные исследования . 29 (8): 680–682. DOI : 10.1038 / s41422-019-0194-Z . ISSN 1748-7838 . PMC 6796895 . PMID 31209249 .   
  9. ^ Casjens, СР, и Hendrix, RW (2015). Лямбда-бактериофаг: первопроходец и все еще актуален. Вирусология, 479-480, 310–330. DOI: 10.1016 / j.virol.2015.02.010
  10. ^ Kobiler O, Rokney A, Оппенгейм AB (апрель 2007). «Фаг лямбда CIII: ингибитор протеазы, регулирующий решение о лизисе-лизогении» . PLOS One . 2 (4): e363. Bibcode : 2007PLoSO ... 2..363K . DOI : 10.1371 / journal.pone.0000363 . PMC 1838920 . PMID 17426811 .  
  11. ^ a b Сантанджело Т.Дж., Арцимович I (май 2011 г.). «Прерывание и антитерминация: РНК-полимераза проходит через знак остановки» . Обзоры природы. Микробиология . 9 (5): 319–29. DOI : 10.1038 / nrmicro2560 . PMC 3125153 . PMID 21478900 .  
  12. ^ Deighan P, Hochschild A (февраль 2007). «Анти-терминаторный белок бактериофага lambdaQ регулирует экспрессию поздних генов как стабильный компонент комплекса элонгации транскрипции» . Молекулярная микробиология . 63 (3): 911–20. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2006.05563.x . PMID 17302807 . 
  13. ^ Грот AC, Калос MP (январь 2004). «Фаговые интеграции: биология и приложения». Журнал молекулярной биологии . 335 (3): 667–78. DOI : 10.1016 / j.jmb.2003.09.082 . PMID 14687564 . 
  14. ^ Michod RE Бернштейн H, Nedelcu AM (май 2008). «Адаптивное значение секса у микробных возбудителей». Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267–85. DOI : 10.1016 / j.meegid.2008.01.002 . PMID 18295550 . 
  15. ^ Хаски RJ (апрель 1969). «Реактивация множественности как тест на функцию рекомбинации». Наука . 164 (3877): 319–20. Bibcode : 1969Sci ... 164..319H . DOI : 10.1126 / science.164.3877.319 . PMID 4887562 . 
  16. ^ Blanco M, Devoret R (март 1973). «Механизмы восстановления, участвующие в реактивации профага и УФ-реактивации УФ-облученного фага лямбда». Мутационные исследования . 17 (3): 293–305. DOI : 10.1016 / 0027-5107 (73) 90001-8 . PMID 4688367 . 
  17. ^ "Барбара Дж. Мейер" , HHMI Interactive .
  18. ^ Burz DS, Беккет D, Бенсон N, Ackers ГК (июль 1994). «Самосборка репрессора лямбда-cI бактериофага: влияние односайтовых мутаций на равновесие мономер-димер». Биохимия . 33 (28): 8399–405. DOI : 10.1021 / bi00194a003 . PMID 8031775 . 
  19. ^ Ptashne, Марк (2004). Генетический переключатель , стр. 112. Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк. ISBN 978-0879697167 . 
  20. ^ Ptashne M (1986). "Генетический переключатель. Контроль генов и лямбда фага". Cell Press ISBN 0-86542-315-6 
  21. Перейти ↑ Arkin A, Ross J, McAdams HH (август 1998). «Стохастический кинетический анализ бифуркации пути развития в клетках Escherichia coli, инфицированных фагом лямбда» . Генетика . 149 (4): 1633–48. PMC 1460268 . PMID 9691025 .  
  22. ^ St-Pierre F, Endy D (декабрь 2008). «Определение клеточной судьбы при инфицировании фагом лямбда» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (52): 20705–10. Bibcode : 2008PNAS..10520705S . DOI : 10.1073 / pnas.0808831105 . PMC 2605630 . PMID 19098103 .  
  23. ^ Sztriha L, Salgó L (апрель 1985). «[Изменения уровня церулоплазмина и цинка в крови у детей, принимающих противоэпилептические средства]» . Orvosi Hetilap . 126 (14): 835–6. DOI : 10.1186 / 2051-1426-1-S1-P210 . PMC 3991175 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Джеймс Уотсон, Таня Бейкер, Стивен Белл, Александр Ганн, Майкл Левин, Ричард Лосик Молекулярная биология гена (международное издание) - 6-е издание
  • Марк Пташне и Нэнси Хопкинс , «Операторы, управляемые репрессором лямбда-фагов», PNAS , т. 60, № 4, стр. 1282–1287 (1968).
  • Барбара Дж. Мейер, Деннис Г. Клейд и Марк Пташне, «Лямбда-репрессор выключает транскрипцию собственного гена», PNAS , v.72, n.12, pp. 4785–4789 (декабрь 1975).
  • Брюссов Х., Хендрикс Р.В. (январь 2002 г.). «Геномика фага: маленькое - красиво». Cell . 108 (1): 13–6. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (01) 00637-7 . PMID  11792317 .
  • Додд И.Б., Ширвин К.Э., Иган Дж. Б. (апрель 2005 г.). «Пересмотр регуляции гена в лямбда бактериофага». Текущее мнение в области генетики и развития . 15 (2): 145–52. DOI : 10.1016 / j.gde.2005.02.001 . PMID  15797197 .
  • Фридман Д.И., Суд DL (апрель 2001 г.). «Бактериофаг лямбда: жив-здоров и продолжает делать свое дело». Текущее мнение в микробиологии . 4 (2): 201–7. DOI : 10.1016 / S1369-5274 (00) 00189-2 . PMID  11282477 .
  • Готтесман, М. и Вайсберг, Р.А. 2004 «Маленькая лямбда - кто тебя создал?», Micro and Mol Biol Revs , 68, 796-813 (доступно в Интернете по адресу Microbiology and Molecular Biology Reviews , Американское общество микробиологии )
  • Хендрикс Р.В., Смит М.С., Бернс Р.Н., Форд М.Э., Хатфул Г.Ф. (март 1999 г.). «Эволюционные отношения между различными бактериофагами и профагами: фаг во всем мире» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (5): 2192–7. Bibcode : 1999PNAS ... 96.2192H . DOI : 10.1073 / pnas.96.5.2192 . PMC  26759 . PMID  10051617 .
  • Китано Х (март 2002 г.). «Системная биология: краткий обзор» (PDF) . Наука . 295 (5560): 1662–4. Bibcode : 2002Sci ... 295.1662K . DOI : 10.1126 / science.1069492 . PMID  11872829 .
  • Пташне М. «Генетический переключатель: новый взгляд на фаговую лямбду», 3-е издание, 2003 г.
  • Пташне М (июнь 2005 г.). «Регуляция транскрипции: от лямбда к эукариотам». Направления биохимических наук . 30 (6): 275–9. DOI : 10.1016 / j.tibs.2005.04.003 . PMID  15950866 .
  • Снайдер, Л. и Чампнесс, В. «Молекулярная генетика бактерий», 3-е издание, 2007 г. (Содержит информативный и хорошо иллюстрированный обзор лямбда бактериофага)
  • Splasho, Онлайн-обзор лямбда (показывает гены, активные на всех этапах жизненного цикла)

Внешние ссылки [ править ]

  • Жизненный цикл, базовая анимация жизненного цикла лямбда (иллюстрирует инфекцию и литические / лизогенные пути с некоторыми деталями белка и транскрипции)
  • Видео с покадровой микроскопии из Массачусетского технологического института, демонстрирующее лизис и лизогению фагом лямбда
  • Жизненный цикл лямбда-фага (базовая визуальная демонстрация жизненного цикла лямбда-бактериофага)
  • Геном лямбда-фага в GenBank
  • Эталонный протеом лямбда-фага от UniProt
  • Структуры белка лямбда-фага в NCBI (трехмерное отображение структур белка для бактериофага лямбда)