Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Система SOS E. coli : ДНК может быть повреждена сшивающими агентами, УФ-облучением, алкилирующими агентами и т. Д. После повреждения RecA, протеаза LexA, воспринимает этот поврежденный белок и активируется, удаляя его репрессор. После удаления репрессора димера LexA экспрессия оперона LexA становится ауторегуляторной. Помимо того, что белок RecA является протеазой LexA, он также катализирует несколько новых реакций ДНК, таких как отжиг одноцепочечной ДНК и перенос цепей. Система SOS обладает повышенной способностью к репарации ДНК, включая эксцизию и пострепликационную репарацию, усиленный мутагенез, индукцию профага. Система также может подавлять деление клеток и клеточное дыхание. [1]
Ответ SOS был предложен в качестве модели бактериальной эволюции определенных типов устойчивости к антибиотикам . [2]

Ответ SOS глобальный ответ на повреждение ДНК , в которой клеточный цикл арестовывают и репарации ДНК и мутагенез индуцируется. В систему входит белок RecA (Rad51 у эукариот). Белок RecA, стимулируемый одноцепочечной ДНК, участвует в инактивации репрессора ( LexA ) генов SOS-ответа, тем самым вызывая ответ. Это склонная к ошибкам система репарации, которая вносит значительный вклад в изменения ДНК, наблюдаемые у широкого круга видов.

Открытие [ править ]

Ответ SOS был обнаружен и назван Мирославом Радманом в 1975 году [3].

Механизм [ править ]

Во время нормального роста гены SOS негативно регулируются димерами белка-репрессора LexA . В нормальных условиях LexA связывается с консенсусной последовательностью из 20 пар оснований ( SOS-бокс ) в операторной области для этих генов. Некоторые из этих SOS-генов экспрессируются на определенных уровнях даже в репрессированном состоянии, в зависимости от сродства LexA к их SOS-боксу. Активация генов SOS происходит после повреждения ДНК за счет накопления одноцепочечных (оцДНК) областей, образующихся в ответвлениях репликации, где ДНК-полимераза блокируется. RecA формирует филамент вокруг этих областей оцДНК АТФ-зависимым образом и активируется. [4]Активированная форма RecA взаимодействует с репрессором LexA, чтобы облегчить самоотщепление репрессора LexA от оператора. [4] [5]

Как только пул LexA уменьшается, репрессия генов SOS снижается в соответствии с уровнем сродства LexA к SOS-боксам. [4] Операторы, слабо связывающие LexA, выражаются первыми полностью. Таким образом, LexA может последовательно активировать различные механизмы восстановления. Гены со слабым SOS-боксом (такие как lexA , recA , uvrA , uvrB и uvrD ) полностью индуцируются в ответ даже на слабое лечение, индуцирующее SOS. Таким образом, первым инициируемым механизмом SOS-репарации является эксцизионная репарация нуклеотидов.(NER), цель которого - исправить повреждение ДНК без принятия полноценного SOS-ответа. Если, однако, NER недостаточно для устранения повреждения, концентрация LexA еще больше снижается, поэтому индуцируется экспрессия генов с более сильными блоками LexA (таких как sulA , umuD , umuC - они экспрессируются поздно). [4] SulA останавливает деление клеток [4] , связываясь с FtsZ , белком, инициирующим этот процесс. Это вызывает филаментациюи индукция UmuDC-зависимой мутагенной репарации. В результате этих свойств некоторые гены могут частично индуцироваться в ответ даже на эндогенные уровни повреждения ДНК, в то время как другие гены, по-видимому, индуцируются только тогда, когда в клетке присутствует сильное или стойкое повреждение ДНК.

Устойчивость к антибиотикам [ править ]

Недавние исследования показали, что путь SOS может иметь важное значение для приобретения бактериальных мутаций, которые приводят к устойчивости к некоторым антибиотикам. [6] Увеличение скорости мутации во время реакции SOS вызвано тремя низкой точности воспроизведения ДНК - полимераз : Pol II , Pol IV и Pol V . [6] В настоящее время исследователи нацелены на эти белки с целью создания лекарств, предотвращающих восстановление SOS. Таким образом можно увеличить время, необходимое патогенным бактериям для развития устойчивости к антибиотикам, что повысит долгосрочную жизнеспособность некоторых антибиотиков. [7]

Тестирование генотоксичности [ править ]

Обзор использования SOS-ответа для тестирования генотоксичности.

У Escherichia coli различные классы повреждающих ДНК агентов могут инициировать SOS-ответ, как описано выше. Воспользовавшись преимуществом слияния оперонов, поместив lac-оперон (ответственный за производство бета-галактозидазы, белка, разлагающего лактозу) под контроль связанного с SOS белка, возможен простой колориметрический анализ генотоксичности . К бактериям добавляется аналог лактозы, который затем разлагается бета-галактозидазой, образуя окрашенное соединение, которое можно количественно измерить с помощью спектрофотометрии . Степень развития окраски является косвенным показателем продуцируемой бета-галактозидазы, которая напрямую связана с количеством повреждений ДНК.

В E.coli , которые дополнительно модифицированы, чтобы иметь ряд мутаций , в том числе мутации uvrA , при наличии которых дефицитный штамм в эксцизионной репарации, увеличивая ответ на определенные повреждающих ДНК агентов, а также мутацию РСР, которая делает липополисахарида бактерий -дефицитный, что способствует лучшей диффузии определенных химических веществ в клетку, чтобы вызвать реакцию SOS. [8] Доступны коммерческие наборы, которые измеряют первичный ответ клетки E. coli на генетическое повреждение, и они могут сильно коррелировать с тестом Эймса для определенных материалов. [9]

Другие изображения [ править ]

  • SOS-ответ подавляет образование перегородки до тех пор, пока бактериальная ДНК не может быть восстановлена, и наблюдается как филаментация при исследовании клеток под микроскопом (верхний правый угол изображения).

См. Также [ править ]

  • Индукция лизиса лямбда-фага

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Little JW, Mount DW (май 1982 г.). «Система регуляции SOS кишечной палочки ». Cell . 29 (1): 11–22. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (82) 90085-X . PMID  7049397 .
  2. Перейти ↑ Michel B (июль 2005 г.). «После 30 лет исследований бактериальная реакция SOS все еще удивляет нас» . PLOS Биология . 3 (7): e255. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0030255 . PMC 1174825 . PMID 16000023 .  
  3. ^ Radman, М (1975). «Феноменология индуцибельного мутагенного пути репарации ДНК в Escherichia coli : гипотеза SOS репарации». Основные науки о жизни . 5A : 355–367. DOI : 10.1007 / 978-1-4684-2895-7_48 . PMID 1103845 . 
  4. ^ a b c d e Масловска, KH; Макиела-Дзбенска, К .; Fijalkowska, IJ (май 2019 г.). «Система SOS: сложный и строго регулируемый ответ на повреждение ДНК» . Экологический и молекулярный мутагенез . 60 (4): 368–384. DOI : 10.1002 / em.22267 . PMC 6590174 . PMID 30447030 .  
  5. ^ Нельсон Д.Л., Cox MM (апрель 2004) Ленинджера Принципы биохимии 4е издание. Нью-Йорк: WH Freeman and Company. стр.1098.
  6. ^ а б Цирц, RT; Чин, JK; Анды, ДР; Де Креси-Лагар, V; Крейг, Вашингтон; Ромесберг, ИП; и другие. (Июнь 2005 г.). «Подавление мутации и борьба с эволюцией устойчивости к антибиотикам» . PLOS Биология . 3 (6): e176. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0030176 . PMC 1088971 . PMID 15869329 .  
  7. ^ Ли, AM; Росс, Коннектикут; Цзэн, BB; Синглтон, Сан-Франциско; и другие. (Июль 2005 г.). «Молекулярная мишень для подавления развития устойчивости к антибиотикам: ингибирование белка RecA Escherichia coli с помощью N6- (1-нафтил) -АДФ». Журнал медицинской химии . 48 (17): 5408–5411. DOI : 10.1021 / jm050113z . PMID 16107138 . 
  8. ^ Quillardet P, Hofnung M (октябрь 1993). «Хромотест SOS: обзор». Мутационные исследования . 297 (3): 235–279. DOI : 10.1016 / 0165-1110 (93) 90019-J . PMID 7692273 . 
  9. ^ Quillardet P, Hofnung M (июнь 1985). «Хромотест SOS, колориметрический бактериальный анализ генотоксинов: валидационное исследование с 83 соединениями». Мутационные исследования . 147 (3): 79–95. DOI : 10.1016 / 0165-1161 (85) 90021-4 . PMID 3923333 .