Фосфатный ( Pho ) регулон представляет собой регуляторный механизм , используемый для сохранения и управления неорганическим фосфатом внутри клетки . Впервые он был обнаружен у Escherichia coli как операционная система бактериального штамма, а позже был идентифицирован у других видов. [1] Система Pho состоит из различных компонентов, включая внеклеточные ферменты и транспортеры , которые способны ассимилировать фосфат в дополнение к экстракции неорганического фосфата из органических источников. [2] Это важный процесс, поскольку фосфат играет важную роль в клеточных мембранах, генетической экспрессии и метаболизме внутри клетки. При низкой доступности питательных веществ регулон Pho помогает клетке выживать и процветать, несмотря на истощение фосфатов в окружающей среде. Когда это происходит, гены, индуцируемые фосфатным голоданием ( psi ), активируют другие белки, которые помогают в транспортировке неорганического фосфата. [3]
Регулон Pho контролируется двухкомпонентной регуляторной системой , состоящей из сенсорного белка гистидинкиназы (PhoR) внутри внутренней мембраны и регулятора транскрипционного ответа (PhoB/PhoR) на цитоплазматической стороне мембраны. [2] Эти белки связываются с расположенными выше промоторами в форегулоне, чтобы вызвать общее изменение транскрипции гена . Это происходит, когда клетка ощущает низкие концентрации фосфата во внутренней среде, вызывая фосфорилирование регулятора ответа, вызывая общее снижение транскрипции генов. Этот механизм повсеместно распространен среди грамположительных , грамотрицательных, цианобактерий , дрожжей и архей . [3]
Истощение запасов неорганического фосфата внутри клетки необходимо для активации регулона Pho у большинства прокариот . В наиболее часто изучаемой бактерии, E. coli, семь белков используются для определения внутриклеточных уровней неорганического фосфата, а также для соответствующей переливания этого сигнала. [2] Из семи белков один является металлсвязывающим белком (PhoU), а четыре являются фосфат-специфическими переносчиками (Pst S, Pst C, Pst A и Pst B). Регулятор транскрипционного ответа PhoR активирует PhoB, когда он обнаруживает низкие внутриклеточные уровни неорганических фосфатов. [2]
Хотя неорганический фосфат в основном используется в системе Pho-регулон, существует несколько видов бактерий, которые могут использовать различные формы фосфата. Одним из примеров является E. coli , которая может использовать как неорганические, так и органические фосфаты, а также встречающиеся в природе или синтетические фосфаты (Phn). [3] Некоторые ферменты расщепляют соединения альтернативных фосфатов, позволяя организму использовать фосфат через путь CP-лиазы . [3] Другие виды бактерий, такие как Pseudomonas aeruginosa и Salmonella typhimurium, используют другой путь, называемый фосфонатазным путем, тогда как бактерия Enterobacter aerogenes может использовать любой из путей для расщепления CP-связи, обнаруженной в альтернативных фосфатах. [3]
Хотя система Pho regulon наиболее широко изучена у Escherichia coli, она обнаружена и у других видов бактерий, таких как Pseudomonas fluorescens и Bacillus subtilis . У Pseudomonas fluorescens регулятор транскрипционного ответа (PhoB/PhoR) сохраняет ту же функцию, которую они выполняют в E. coli . [4] Bacillus subtilis также имеет некоторые сходства при обнаружении низких внутриклеточных концентраций фосфатов. В условиях нехватки фосфатов B. subtilis связывает свой регулятор транскрипции PhoP и гистидинкиназу PhoR с геном Pho-regulon, который индуцирует выработку тейхуроновой кислоты. [5] Кроме того, недавние исследования показали решающую роль, которую техоевая кислота играет в клеточной стенке B. subtilis, действуя как резервуар фосфата и сохраняя необходимое количество неорганического фосфата в условиях фосфатного голодания. [6]