Lambda -faagi - Lambda phage
Escherichia -virus Lambda | |
---|---|
Elektronimikroskooppi Escherichia -viruksen Lambda -viruspartikkelista | |
Virusten luokittelu | |
(järjestämättä): | Virus |
Valtakunta : | Duplodnaviria |
Kuningaskunta: | Heunggongvirae |
Pylum: | Uroviricota |
Luokka: | Caudoviricetes |
Tilaus: | Caudovirales |
Perhe: | Siphoviridae |
Suku: | Lambdavirus |
Laji: |
Escherichia -virus Lambda
|
Enterobakteerifaagi λ ( lambda -faagi , kolifagi λ , virallisesti Escherichia -virus Lambda ) on bakteeri -virus tai bakteriofagi , joka tartuttaa bakteerilajin Escherichia coli ( E. coli ). Esther Lederberg löysi senvuonna 1950. Tämän viruksen villityypillä on lauhkea elinkaari, jonka ansiosta se voi joko asua isännänsä genomissa lysogenian kauttatai siirtyä lyyttiseen vaiheeseen, jonka aikana se tappaa ja hajottaa solun tuottaa jälkeläisiä. Tietyissä kohdissa mutatoituneet lambda -kannat eivät kykene lysogenisoimaan soluja; sen sijaan ne kasvavat ja siirtyvät lyyttiseen kiertoon jo lysogenisoidun solun superinfektion jälkeen.
Faagipartikkeli koostuu päästä (tunnetaan myös nimellä kapsiidi ), hännästä ja hännän kuiduista (katso alla oleva viruskuva). Pää sisältää faagin kaksijuosteisen lineaarisen DNA- genomin. Infektion aikana faagipartikkeli tunnistaa isäntänsä E. colin ja sitoutuu siihen , aiheuttaen faagin päässä olevan DNA: n poistumisen hännän kautta bakteerisolun sytoplasmaan. Yleensä seuraa " lyyttinen sykli ", jossa lambda -DNA replikoidaan ja uusia faagipartikkeleita tuotetaan solussa. Tätä seuraa solujen hajoaminen , jolloin solun sisältö, mukaan lukien kootut virionit, vapautuu ympäristöön. Tietyissä olosuhteissa faagin DNA voi kuitenkin integroitua isäntäsolun kromosomiin lysogeenisellä reitillä. Tässä tilassa λ -DNA: ta kutsutaan profaagiksi ja se pysyy isännän genomissa ilman ilmeistä haittaa isännälle. Isäntää kutsutaan lysogeeniksi, kun profaasi on läsnä. Tämä profagi voi siirtyä lyyttiseen kiertoon, kun lysogeeni tulee stressaantuneeseen tilaan.
Anatomia
Viruspartikkeli koostuu päästä ja hännästä, joissa voi olla hännän kuituja. Koko hiukkanen koostuu 12–14 eri proteiinista, joissa on yhteensä yli 1000 proteiinimolekyyliä ja yksi DNA -molekyyli, joka sijaitsee faagipäässä. Ei kuitenkaan ole vielä täysin selvää, ovatko L- ja M -proteiinit osa virionia. Kaikilla karakterisoiduilla lambdoidifaageilla on N-proteiinivälitteinen transkription antiterminaatiomekanismi, lukuun ottamatta faagia HK022
Genomi sisältää 48490 emäsparin kaksijuosteinen, lineaarinen DNA, jossa on 12-emäksen yksittäisen juosteen segmenttien sekä 5'- päistä. Nämä kaksi yksijuosteista segmenttiä ovat "tahmeita päitä" niin kutsuttuun cos- sivustoon. Cos päällä circularizes DNA isännässä sytoplasmassa. Pyöreässä muodossaan faagin genomi on siten 48 502 emäsparia pitkä. Lambda -genomi voidaan lisätä E. colin kromosomiin ja sitä kutsutaan sitten profaagiksi. Katso lisätietoja alla olevasta osiosta.
Elinkaari
Infektio
Lambda-faagi on ei-supistuva pyrstöfaagi, mikä tarkoittaa, että infektiotapauksessa se ei voi 'pakottaa' DNA: taan bakteerisolukalvon läpi. Sen on sen sijaan käytettävä olemassa olevaa reittiä hyökätäkseen isäntäsoluun, kun hännän kärki on kehittynyt vuorovaikutukseen tietyn huokosen kanssa, jotta sen DNA pääsee isäntiin.
- Bakteriofagi Lambda sitoutuu E. coli -soluun J -proteiininsa avulla hännän kärjessä. J -proteiini on vuorovaikutuksessa maltoosi -ulkokalvon poriinin ( lamB -geenin tuote ) kanssa , joka on E. coli , poriinimolekyyli, joka on osa maltoosi -operonia.
- Lineaarinen faagin genomi ruiskutetaan ulkokalvon läpi.
- DNA kulkee mannoosin permeaasikompleksin läpi sisäkalvossa (manXYZ-geenien koodaama) ja ympyröi välittömästi käyttämällä cos- paikkoja, 12-emäksistä GC-rikasta yhtenäistä "tahmeaa päätä". Yksijuosteiset virus-DNA-päät ligoidaan isäntä- DNA-ligaasilla . Yleisesti ei ymmärretä, että 12 emäsparin lambda -koheesiopäät olivat biologisen DNA: n ensimmäisen suoran nukleotidisekvensoinnin kohteena.
- Isäntä- DNA-gyraasi asettaa negatiiviset superkelat pyöreään kromosomiin, aiheuttaen AT-rikkaita alueita rentoutumaan ja ajamaan transkriptiota.
- Transkriptio alkaa konstitutiivinen P L , P R ja P R' promoottorit tuottavat 'välitön varhainen' dokumenttinsa. Aluksi nämä ilmentävät N- ja cro -geenejä, tuottavat N, Cro ja lyhyen inaktiivisen proteiinin.
- Cro sitoutuu OR3: een , estää pääsyn P RM -promoottoriin ja estää cI -geenin ilmentymisen . N sitoutuu kahteen Mutteri (N käyttöaste) sivustoilta, yksi N- geenin P- L lukukehyksen, ja yksi cro -geeni P- R -lukukehystä.
- N -proteiini on antiterminaattori , ja se toimii sitoutumalla transkriptoivaan RNA -polymeraasiin tietyissä kohdissa äskettäin transkriptoidun mRNA: n. Kun RNA -polymeraasi kopioi nämä alueet, se rekrytoi N: ää ja muodostaa kompleksin useiden isäntä -Nus -proteiinien kanssa. Tämä kompleksi ohittaa useimmat lopetussekvenssit. Laajennettu transkriptit (jäljempänä 'myöhään alussa' transkriptit) ovat N ja cro -geenit yhdessä cII ja cIII geenit, ja xi , int , O , P ja Q -geenit käsitellään myöhemmin.
- CIII proteiini toimii suojata cII proteiinin proteolyysiä FtsH (kalvoon sitoutunut välttämätöntä E . Coli proteaasi) toimimalla kompetitiivinen inhibiittori. Tämä esto voi aiheuttaa bakteriostaattisen tilan, joka suosii lysogeniaa. cIII myös suoraan stabiloi cII -proteiinin.
Ensimmäisen infektion yhteydessä cII: n stabiilisuus määrää faagin elämäntapa; vakaa cII johtaa lysogeeniseen reittiin, kun taas jos cII hajoaa, faagi siirtyy lyyttiseen reittiin. Alhaisen lämpötilan, solujen nälänhädän ja suuren infektion (MOI) tiedetään suosivan lysogeniaa (ks. Myöhempi keskustelu).
N antiterminaatio
Tämä tapahtuu ilman, että N -proteiini on vuorovaikutuksessa DNA: n kanssa; sen sijaan proteiini sitoutuu juuri transkriptoituun mRNA: han. Pähkinäkohteet sisältävät kolme säilöttyä "laatikkoa", joista vain BoxB on välttämätön.
- BoxB -RNA -sekvenssit sijaitsevat lähellä pL- ja pR -transkriptien 5' -päätä. Kun transkriboidaan, jokainen sekvenssi muodostaa hiusneula silmukkarakenteen, johon N -proteiini voi sitoutua.
- N -proteiini sitoutuu laatikkoon B kussakin transkriptissa ja ottaa yhteyttä transkriptoivaan RNA -polymeraasiin RNA -silmukoinnin kautta. N-RNAP-kompleksi stabiloidaan sitomalla myöhemmin useita isäntä-Nus-proteiineja (N-käyttöaine) (jotka sisältävät transkription lopetus-/antiterminaatiotekijät ja kummallisesti ribosomien alayksikön).
- Koko kompleksi (mukaan lukien sitoutunut mutterikohta mRNA: ssa) jatkaa transkriptiota ja voi ohittaa terminaatiosekvenssit.
Lytinen elinkaari
Tämä on elinkaari, jota faagi seuraa useimpien infektioiden jälkeen, jolloin cII -proteiini ei saavuta riittävän korkeaa pitoisuutta hajoamisen vuoksi, joten se ei aktivoi sen promoottoreita.
- "Myöhäisen varhaisen" transkripteja kirjoitetaan edelleen, mukaan lukien xis , int , Q ja geenit lambda -genomin ( OP ) replikaatiota varten . Cro hallitsee repressorisivustoa (katso kappale "Repressor" ), tukahduttamalla P RM -promoottorin synteesin (joka on lysogeenisen syklin promoottori).
- O- ja P -proteiinit aloittavat faagikromosomin replikaation (katso "Lytinen replikaatio").
- Q, toinen antiterminaattori , sitoutuu Qut -sivustoihin.
- Transkriptio P R ' -promoottorista voi nyt ulottua tuottamaan mRNA: ta hajoamista varten sekä pään ja hännän proteiineja.
- Rakenteelliset proteiinit ja faagin genomit kokoontuvat itsestään uusiksi faagihiukkasiksi.
- Geenien S , R , Rz ja Rz1 tuotteet aiheuttavat solujen hajoamisen. S on holiini , pieni kalvoproteiini, joka proteiinin sekvenssin määräämänä aikana tekee yhtäkkiä reikiä kalvoon. R on endolysiini , entsyymi, joka pakenee S -reikien läpi ja katkaisee soluseinän. Rz ja Rz1 ovat kalvoproteiineja, jotka muodostavat kompleksin, joka tuhoaa jotenkin ulkokalvon sen jälkeen, kun endolysiini on hajottanut soluseinän. Villityypin lambdan hajoaminen tapahtuu noin 50 minuutin kuluttua infektion alkamisesta ja vapauttaa noin 100 virionia.
Oikea transkriptio
Oikea transkriptio ilmentää O- , P- ja Q -geenejä. O ja P ovat vastuussa replikaation aloittamisesta, ja Q on toinen antiterminaattori, joka mahdollistaa pään, hännän ja hajotusgeenien ilmentymisen P R ': stä .
Lytinen replikointi
- Ensimmäisten replikaatiosyklien aikana lambda-genomi käy läpi θ replikoinnin (ympyrä-ympyrä).
- Tämä aloitetaan O -geenissä sijaitsevassa ori -paikassa . O -proteiini sitoo ori -kohdan ja P -proteiini sitoutuu isännän replikaatiokoneiston DnaB -alayksikköön sekä sitoutuu O. Tämä hallitsee tehokkaasti isäntä -DNA -polymeraasia.
- Pian faagi siirtyy pyörivän ympyrän replikointiin, joka on samanlainen kuin faagin M13 käyttämä. DNA on katkaistu ja 3' -pää toimii alukkeena. Huomaa, että tämä ei vapauta yksittäisiä kopioita faagin genomista, vaan pikemminkin yksi pitkä molekyyli, jossa on monia kopioita genomista: ketjutin .
- Nämä ketjuttajat pilkotaan niiden cos -paikoissa, kun ne on pakattu. Pakkaus ei voi tapahtua pyöreän faagin DNA: sta, vain konkatomeerisestä DNA: sta.
Q antiterminaatio
Q on samanlainen N sen vaikutus: Q sitoutuu RNA-polymeraasin in QUT sivustoja ja tuloksena kompleksi voidaan jättää terminaattoreita, mutta mekanismi on hyvin erilainen; Q -proteiini liittyy ensin DNA -sekvenssiin eikä mRNA -sekvenssiin.
- QUT sivusto on hyvin lähellä P R' promoottorin, tarpeeksi lähellä että σ tekijä ei ole vapautettu RNA-polymeraasin holoentsyymin. Osa Qut -sivustosta muistuttaa -10 Pribnow -laatikkoa , jolloin holoentsyymi pysähtyy.
- Sitten Q-proteiini sitoo ja syrjäyttää osan σ-tekijästä ja transkriptio käynnistyy uudelleen.
- Pään ja hännän geenit transkriboidaan ja vastaavat proteiinit kokoontuvat itse.
Transkriptio vasemmalle
Vasemmalle transkription ilmaisee GAM , punainen , Xis , ja int -geenit. Gam ja punaiset proteiinit ovat mukana rekombinaatiossa. Gam on myös tärkeä, koska se estää isäntä RecBCD -nukleaasia hajottamasta 3' -päitä vierintäympyrän replikaatiossa. Int ja xis ovat integraatio- ja leikkausproteiineja, jotka ovat elintärkeitä lysogenylle.
xis ja int lisäyksen ja leikkauksen säätely
- xis ja int löytyvät samasta mRNA -kappaleesta, joten tuotetaan suunnilleen yhtä suuret pitoisuudet xis- ja int -proteiineja. Tämä johtaa (alun perin) kaikkien lisättyjen genomien poistamiseen isäntägenomista.
- MRNA: n P L -promoottorin muodostaa stabiilin sekundäärisen rakenteen, jossa on varsi-silmukka on sib osassa mRNA: ta. Tämä tavoitteet 3' ( sib ) lopussa mRNA RNAasiIII- hajoamisen, joka johtaa alempaan tehokkaan pitoisuuden int mRNA: n kuin xi mRNA: ta (kuten int kistroni lähempänä sib sekvenssin kuin xi kistroni on sib sekvenssi) , joten havaitaan suurempia xis -pitoisuuksia kuin int .
- Korkeammat xis -konsentraatiot kuin int eivät johda faagin genomien lisäykseen tai leikkaamiseen, evoluutiolla suositeltu toiminta - jättäen kaikki esiasennetut faag genomit sisään (mikä vähentää kilpailua) ja estäen faaggenomin liittämisen tuomitun isännän genomiin.
Lysogeeninen (tai lysenogeeninen) elinkaari
Lysogeeninen elinkaari alkaa, kun cI -proteiini saavuttaa riittävän korkean pitoisuuden aktivoidakseen promoottoreitaan pienen määrän infektioiden jälkeen.
- "Myöhään varhaisia" transkripteja kirjoitetaan edelleen, mukaan lukien xis , int , Q ja geenit lambda -genomin replikaatiota varten.
- Stabiloitu cll- toimii edistämään transkription P RE , P I ja P antiq promoottorit.
- P antiq promoottori tuottaa antisense-mRNA, että Q- geenin sanoman P R -promoottorin transkriptio, siten kytkien pois päältä Q tuotantoa. P RE promoottori tuottaa antisense-mRNA: n cro osa P R -promoottorin transkriptio, vääntämällä cro tuotanto, ja on transkriptin cl -geenin. Tämä ilmaistaan käynnistämällä cI -repressorituotanto. P I -promoottori ilmentää int -geenin, jolloin suuria pitoisuuksia Int proteiinia. Tämä int -proteiini integroi faagin DNA: n isäntäkromosomiin (katso "Profaagien integrointi").
- Ei Q tuloksia ei laajentaminen P R' promoottorin lukukehystä, joten lyyttistä tai rakenteelliset proteiinit tehdään. Kohonnut int -taso (paljon korkeampi kuin xis) johtaa lambda -genomin liittämiseen isäntägenomiin (katso kaavio). Tuotanto cl johtaa sitoutumisen cl on OR1 ja OR2 sivustoja P R -promoottorin, sammuttamalla cro ja muut varhaisen geenin ilmentymistä. cl myös, sitoutuu P L -promoottorin, sammuttamalla transkription siellä.
- Cro: n puute jättää OR3 -alueen sitomattomaksi, joten transkriptio P RM -promoottorista voi tapahtua ylläpitäen cI -tasot.
- Puute transkription P L ja P R- promoottorit johtaa pidemmältä tuotantoa cII ja cIII.
- Kun cII- ja cIII -pitoisuudet pienenevät, transkriptio P antiq: sta , P RE: stä ja P I: sta lakkaa edistämästä, koska niitä ei enää tarvita.
- Vain P RM ja P R' promoottorit ovat jäljellä aktiivinen, entinen tuottaa cl-proteiinin ja jälkimmäinen lyhyt aktiivinen transkriptio. Genomi pysyy insertoituna isäntägenomiin lepotilassa.
Profagi toistetaan isännän jokaisen seuraavan solujakautumisen kanssa. Faagigeenit, jotka ilmenivät tässä lepotilassa, koodaavat proteiineja, jotka tukahduttavat muiden faagigeenien (kuten rakenne- ja hajoamisgeenien) ilmentymisen estääkseen pääsyn lyyttiseen kiertoon. Nämä tukahduttavat proteiinit hajoavat, kun isäntäsolu on stressin alaisena, mikä johtaa tukahdutettujen faagigeenien ilmentymiseen. Stressi voi johtua nälästä , myrkyistä (kuten antibiooteista ) tai muista tekijöistä, jotka voivat vahingoittaa tai tuhota isännän. Vasteena stressiin aktivoitunut profaasi poistetaan isäntäsolun DNA: sta jollakin äskettäin ilmenneistä geenituotteista ja siirtyy sen lyyttiseen reittiin.
Profaagin integrointi
Faagin λ integrointi tapahtuu erityisessä kiinnityskohdassa bakteeri- ja faag genomissa, nimeltään att λ . Sekvenssi bakteerin att-kutsutaan attB- , välillä gal ja bio operonien, ja se koostuu osista BO-B 'kun taas täydentävä sekvenssi pyöreä faagigenomin kutsutaan attP ja koostuu osista PO-P'. Integraatio itsessään on peräkkäinen vaihto (katso geneettinen rekombinaatio ) Holliday -risteyksen kautta ja vaatii sekä faagiproteiinin Int että bakteeriproteiinin IHF ( integraation isäntätekijä ). Sekä Int ja IHF sitoutuvat attP ja muodostaa intasome, DNA-proteiini-kompleksi on suunniteltu paikkaspesifisen rekombinaation faagi ja isännän DNA: han. Alkuperäinen BOB-sekvenssi muutetaan integroimalla BO-P'-faagin DNA-PO-B ': ksi. Faagin DNA on nyt osa isännän genomia.
Lysogenian ylläpito
- Lysogeniaa ylläpitää yksinomaan cI. cl-tukahduttaa transkription P L ja P R , kun taas säätelemällä ja valvoa oman ekspression P RM . Siksi se on ainoa lysogeenisen faagin ilmentämä proteiini.
- Tämä koordinoi P L ja P R operaattoreille. Molemmilla operaattoreilla on kolme sitoutumiskohtaa cl: OL1 , OL2 ja OL3 varten P L , ja OR1 , OR2 ja OR3 varten P R .
- cI sitoutuu edullisimmin OR1: een ; sitovat tässä inhiboi transkriptiota P R . Koska cI dimeroituu helposti, cI: n sitoutuminen OR1: een lisää suuresti cI : n sitoutumisen affiniteettia OR2: een , ja tämä tapahtuu lähes välittömästi OR1: n sitoutumisen jälkeen. Tämä aktivoi transkription toiseen suuntaan P RM: ltä , koska cI: n N -terminaalinen domeeni OR2: lla kiristää RNA -polymeraasin sitoutumista P RM: ään ja siten cI stimuloi omaa transkriptiotaan. Kun se on läsnä paljon suurempana pitoisuutena, se sitoutuu myös OR3: een , estäen transkription P RM: stä , säätelemällä siten omia tasojaan negatiivisessa palautesilmukassa.
- cI sitoutuminen P L operaattori on hyvin samanlainen, paitsi että se ei ole suoraa vaikutusta cl transkriptiota. Oman ilmentymänsä lisävaimennuksena kuitenkin OR3: een ja OL3: een sitoutuneet cI -dimeerit taivuttavat niiden välistä DNA: ta tetrameroimaan.
- Läsnä cl aiheuttaa immuniteetin superinfektio muiden lambda-faagien, koska se estää niiden P L ja P R- promoottorit.
Induktio
Klassinen lysogeenin induktio sisälsi infektoituneiden solujen säteilyttämisen UV -valolla. Mikä tahansa tilanne, jossa lysogeeni altistuu DNA -vaurioille tai isännän SOS -vaste muutoin stimuloituu, johtaa induktioon.
- Isäntäsolu, joka sisältää lepotilassa olevan faagin genomin, kokee DNA -vaurioita korkean stressiympäristön vuoksi ja alkaa saada SOS -vasteen .
- RecA (soluproteiini) havaitsee DNA -vaurion ja aktivoituu. Se on nyt RecA*, erittäin spesifinen ko-proteaasi.
- Normaalisti RecA* sitoo LexA: ta ( transkription repressoria) aktivoimalla LexA: n auto-proteaasiaktiivisuuden, joka tuhoaa LexA-repressorin ja mahdollistaa DNA-korjausproteiinien tuotannon . Lysogeenisissä soluissa tämä vaste kaapataan, ja RecA* stimuloi cI -autokiertoa. Tämä johtuu siitä, että cI jäljittelee LexA: n rakennetta autokiertoalueella.
- Halkaistu cI ei voi enää dimeroitua ja menettää affiniteettinsa DNA: n sitoutumiseen.
- P R ja P L -promoottorit eivät ole enää tukahdutettu ja päälle, ja solu palaa lyyttisen sekvenssin ilmentymisen tapahtumien (Huomaa, että cII ei ole stabiili soluissa olevien SOS-vaste). On kuitenkin yksi huomattava ero.
Faagin genomin poistamisen ohjaus induktiossa
- Faagin genomi on edelleen insertoitu isäntägenomiin ja se on poistettava, jotta DNA: n replikaatio voi tapahtua. Sib osa kuin normaali P L -promoottorin transkriptio ei kuitenkaan enää sisälly tähän lukukehyksessä (katso kuva).
- Ei sib toimialueen P L -promoottorin mRNA: n tuloksia ei hiusneulasilmukan 3'-päähän, ja transkripti ei ole enää suunnattu RNAasiIII- hajoamista.
- Uudessa ehjässä transkriptissä on yksi kopio sekä xis: stä että int: stä , joten tuotetaan suunnilleen yhtä suuret pitoisuudet xis- ja int -proteiineja.
- Yhtä suuret xis- ja int -konsentraatiot johtavat insertoidun genomin poistamiseen isäntägenomista replikaatiota ja myöhemmin faagituotantoa varten.
Moninkertainen uudelleenaktivointi ja profaagin uudelleenaktivointi
Multiplicity reaktivaatio (MR) on prosessi, jossa useat viruksen genomit, joista jokainen sisältää inaktivoivia genomivaurioita, ovat vuorovaikutuksessa tartunnan saaneessa solussa muodostaen elinkelpoisen virusgenomin. MR löydettiin alun perin faagilla T4, mutta myöhemmin se löydettiin faagista λ (samoin kuin lukuisista muista bakteeri- ja nisäkäsviruksista). UV -valolla inaktivoidun faagin λ MR riippuu joko isännän tai tartunnan saavan faagin rekombinaatiotoiminnosta. Molempien rekombinaatiojärjestelmien puuttuminen johtaa MR: n menetykseen.
UV-säteilytetyn faagin λ eloonjääminen lisääntyy, kun E. coli -isäntä on lysogeeninen homologiselle profaagille, ilmiö, jota kutsutaan profaagin uudelleenaktivoimiseksi. Profaagin uudelleenaktivointi faagissa λ näyttää tapahtuvan rekombinaatiokorjausprosessilla, joka on samanlainen kuin MR.
Repressori
Repressori löytyy faagin lambda on merkittävä esimerkki tason valvonta mahdollista yli-geenin ilmentymisen hyvin yksinkertainen järjestelmä. Se muodostaa "binäärikytkimen", jossa on kaksi geeniä toisiaan poissulkevassa ilmentymässä, kuten Barbara J.Meyer löysi .
Lambda -repressorigeenijärjestelmä koostuu (vasemmalta oikealle kromosomissa):
- cI -geeni
- O R 3
- O R 2
- O R 1
- cro -geeni
Lambda -repressori on itse koottava dimeeri, joka tunnetaan myös nimellä cI -proteiini . Se sitoo DNA: ta helix-turn-helix-sitoutumismotiivissa. Se säätelee cI -proteiinin ja Cro -proteiinin transkriptiota.
Lambda -faagien elinkaarta ohjaavat cI- ja Cro -proteiinit. Lambda -faagi pysyy lysogeenisessä tilassa, jos cI -proteiinit ovat hallitsevia, mutta muuttuu lyyttiseksi sykliksi, jos cro -proteiinit ovat hallitsevia.
CI -dimeeri voi sitoutua mihin tahansa kolmesta operaattorista, O R 1, O R 2 ja O R 3, järjestyksessä O R 1> O R 2> O R 3. cI -dimeerin sitoutuminen O R 1: een parantaa sitoutumista toisen cI -dimeerin O R2: ksi , vaikutusta kutsutaan yhteistyöhön . Siten, O R 1 ja O R 2 ovat lähes aina samanaikaisesti käytössä cl. Kuitenkin, tämä ei lisää välinen affiniteetti cl ja O R 3, joka on käytössä vain silloin, kun cl-pitoisuus on korkea.
Korkeilla cl, dimeerit sitoutuvat myös operaattoreille O L 1 ja O L 2 (jotka ovat yli 2 kb alavirtaan R operaattorit). Kun cl-dimeerit ovat sitoutuneet O L 1, O L 2, O R 1, ja O R 2 silmukan indusoituu DNA, jolloin nämä dimeerit sitoutua yhteen, jolloin muodostuu oktameeriä. Tätä ilmiötä kutsutaan pitkän kantaman yhteistyöksi . Muodostuessa oktameerin, cl-dimeerit voivat yhteistoiminnallisesti sitoutua O L 3 ja O R 3, repressoivassa transkription cl. Tämä autonegatiivinen säätö varmistaa repressorimolekyylin vakaan minimipitoisuuden ja mahdollistaa SOS -signaalien syntymisen tehokkaamman profaagin induktion.
- CI -proteiinien puuttuessa cro -geeni voidaan transkriboida.
- CI -proteiinien läsnä ollessa vain cI -geeni voidaan transkriboida.
- Korkealla cI -pitoisuudella kummankin geenin transkriptiot tukahdutetaan.
Proteiinitoimintojen yleiskatsaus
Proteiini | Toiminta elinkaaren aikana | Mainostaja -alue | Kuvaus |
---|---|---|---|
cIII | Säätelevä proteiini CIII. Lysogeny, cII Stability | P L | (Kirkas 3) HflB: tä (FtsH) sitova proteiini, suojaa cII : tä proteaasien aiheuttamalta hajoamiselta. |
cII | Lysogeny, transkription aktivaattori | P. R. | (Tyhjennä 2) Aktivoi transkription P AQ- , P RE- ja P I -promoottoreista, transkriptoiden cI ja int . Alhainen stabiilisuus johtuen herkkyydestä solujen HflB (FtsH) -proteaaseille (erityisesti terveissä soluissa ja SOS -vasteen saaneissa soluissa). Korkeat cII -tasot työntävät faagia kohti integraatiota ja lysogeniaa, kun taas alhaiset cII -tasot johtavat hajoamiseen. |
cI | Repressor, Lysogenyn huolto | P RM , P RE | (Selkeää 1) transkriptio estäjä, sitoo O R 1, O R 2 ja O R 3 (affiniteetti O R 1> O R 2 = O R 3, eli edullisesti sitoo O R 1). Pieninä pitoisuuksina estää PR -promoottorin (estää cro -tuotantoa). Korkeat pitoisuudet säätelee omaa tuotantoaan O- R 3: n sitomiseen. Repressori myös inhiboi transkriptiota P L -promoottorin. Herkkä RecA * : n katkaisulle SOS -vasteen saaneissa soluissa. |
cro | Lysis, Repressorin operaattorin hallinta | P. R. | -Transkription estäjän, sitoutuu O R 3, O R 2 ja O R 1 (affiniteetti O R 3> O R 2 = O R 1, eli edullisesti sitoutuu O R 3). Pieninä pitoisuuksina estää pRM -promoottorin (estää cI: n tuotantoa). Korkeat pitoisuudet säätelee omaa tuotantoaan O- R 2 ja O R 1 sitovia. Ei yhteistyösidontaa (ks. Alla cI -sidonta) |
O | Lysis, DNA: n replikaatio | P. R. | Replikointiproteiini O. Aloittaa faagi -lambda -DNA: n replikaation sitoutumalla ori -kohtaan . |
P | Lysis, DNA: n replikaatio | P. R. | Käynnistää faagi -lambda -DNA: n replikaation sitoutumalla O- ja DnaB -alayksikköön. Nämä sitoutumiset tarjoavat kontrollin isäntä -DNA -polymeraasista. |
gam | Lysis, DNA: n replikaatio | P L | Estää isäntä RecBCD -nukleaasia heikentämästä 3' -päitä - salli pyörivän ympyrän replikoinnin jatkaa. |
S | Lysis | P R ' | Holin , kalvoproteiini, joka lävistää kalvon hajoamisen aikana. |
R | Lysis | P R ' | Endolysiini , lysotsyymi, entsyymi, joka poistuu solusta Holinin tuottamien reikien läpi ja katkaisee soluseinämän. |
Rz ja Rz1 | Lysis | P R ' | Muodostaa kalvoproteiinikompleksin, joka tuhoaa ulomman solukalvon endolysiinin aiheuttaman soluseinämän hajoamisen jälkeen. Spanin, Rz1 (ulkokalvon alayksikkö) ja Rz (sisäkalvon alayksikkö). |
F | Lysis | P R ' | Faagikapsidipään proteiinit. |
D | Lysis | P R ' | Pää koristeproteiini. |
E | Lysis | P R ' | Tärkein pään proteiini. |
C | Lysis | P R ' | Pieni kapsidiproteiini. |
B | Lysis | P R ' | Portaalin proteiini B. |
A | Lysis | P R ' | Suuri terminaasiproteiini. |
J | Lysis | P R ' | Isäntäspesifisyysproteiini J. |
MVUGLTZ | Lysis | P R ' | Pieni hännän proteiini M. |
K | Lysis | P R ' | Todennäköinen endopeptidaasi. |
H | Lysis | P R ' | Häntää mittanauha proteiini H. |
Minä | Lysis | P R ' | Häntäkokoonpanoproteiini I. |
FI | Lysis | P R ' | DNA-pakkausproteiini FI. |
FII | Lysis | P R ' | Hännän kiinnitysproteiini. |
tfa | Lysis | P R ' | Häntäkuitujen kokoonpanoproteiini. |
int | Genomin integrointi, poisto | P I , P L. | Integrase , hallitsee faagin genomin lisäämistä isännän genomiin. Jo alhaisen int keskittyminen ei ole vaikutusta. Jos xis on alhainen pitoisuus ja int korkea, tämä johtaa faagin genomin insertioon. Jos xis: llä ja int: llä on korkeat (ja suunnilleen yhtä suuret) pitoisuudet, tämä johtaa faagin genomien poistamiseen isännän genomista. |
xis | Genomin poisto | P I , P L. | Excisionase ja int -proteiinisäädin, hallinnoi faagin genomin poistamista ja lisäämistä isännän genomiin. |
N | Antiterminaatio myöhäisten varhaisten geenien transkriptioon | P L | Antiterminaattori , RNA: ta sitova proteiini ja RNA-polymeraasikofaktori sitovat RNA: ta (mutterikohdissa) ja siirtyvät syntyvälle RNApolille, joka juuri transkriboi pähkinäkohdan. Tämä RNApol -modifikaatio estää sen päättämiskohtien tunnistamisen, joten normaalit RNA -polymeraasin päättämissignaalit jätetään huomiotta ja RNA -synteesi jatkuu distaalisiin faagigeeneihin ( cII, cIII, xis, int, O, P, Q ) |
Q | Antiterminaatio myöhäisten lyyttisten geenien transkriptioon | P. R. | Antiterminaattori , DNA: ta sitova proteiini ja RNApol -kofaktori, sitoo DNA: n (Qut -kohdissa) ja siirtyy aloittavalle RNApolille. Tämä RNApol -muunnos muuttaa päättämissekvenssien tunnistusta, joten normaalit jätetään huomiotta; erityiset Q -päättämissekvenssit noin 20 000 bp: n päässä ovat tehokkaita. Q-pidennetyt transkriptit sisältävät faagin rakenneproteiineja (AF, ZJ) ja hajotusgeenejä ( S, R, Rz ja Rz1 ). Alisäädelty P antiq antisense-mRNA aikana lysogenian. |
RecA | SOS -vastaus | Isäntäproteiini | DNA: n korjausproteiini, toimii yhteisproteaasina SOS-vasteen aikana, LexA: n ja cI: n automaattinen katkaisu ja helpottaa hajoamista. |
Lytic vs. lysogenic
Tärkeä ero tässä on kahden päätöksen välillä; lysogeniaa ja hajoamista infektiosta ja jatkuvaa lysogeniaa tai hajoamista profaagista. Jälkimmäinen määräytyy yksinomaan aktivoimalla RecA solun SOS -vasteessa, kuten on kuvattu induktiota koskevassa osassa. Tämä vaikuttaa myös entiseen; SOS -vasteen kohteena oleva solu hajotetaan aina, koska cI -proteiinin ei saa kerääntyä. Kuitenkin alkuperäinen lyyttinen/lysogeeninen päätös infektiosta riippuu myös cII- ja cIII -proteiineista.
Soluissa, joissa on riittävästi ravintoaineita, proteaasiaktiivisuus on korkea, mikä hajottaa cII: n. Tämä johtaa lyyttiseen elämäntapaan. Soluissa, joissa ravintoaineita on rajoitetusti, proteaasiaktiivisuus on alhainen, mikä tekee cII: sta stabiilin. Tämä johtaa lysogeeniseen elämäntapaan. cIII näyttää stabiloivan cII: tä sekä suoraan että toimimalla kilpailevalla inhibiittorilla asiaankuuluville proteaaseille. Tämä tarkoittaa, että "vaikeuksissa" oleva solu eli ravinteiden puute ja lepotilassa oleva tila lysogenisoituu todennäköisemmin. Tämä valitaan siksi, että faagi voi nyt olla lepotilassa bakteerissa, kunnes se koittaa parempina aikoina, ja siten faagi voi luoda itsestään enemmän kopioita käytettävissä olevilla lisäresursseilla ja todennäköisemmin muiden tarttuvien solujen läheisyydellä.
Täydellinen biofysikaalinen malli lambdan lyysio-lysogeenipäätökselle on vielä kehitteillä. Tietokonemallinnus ja simulointi viittaavat siihen, että satunnaiset prosessit infektion aikana ohjaavat hajoamisen tai lysogenian valintaa yksittäisissä soluissa. Viimeaikaiset kokeet viittaavat kuitenkin siihen, että solujen väliset fyysiset erot, jotka ovat olemassa ennen infektiota, määräävät etukäteen, hajoaako solu vai muuttuuko se lysogeeniksi.
Geneettisenä työkaluna
Lambda -faagia on käytetty voimakkaasti malliorganismina , ja se on ollut rikas lähde hyödyllisille työkaluille mikrobigenetiikassa ja myöhemmin molekyyligenetiikassa . Käyttötarkoituksiin kuuluu sen käyttö vektorina rekombinantti -DNA : n kloonaamiseen ; sen paikkaspesifisen rekombinaasin (int) käyttö kloonattujen DNA: iden sekoittamiseen yhdyskäytävämenetelmällä ; ja sen punaisen operonin , mukaan lukien punaisen alfa (kutsutaan myös nimellä "exo"), beetan ja gamman, käyttäminen DNA -tekniikan menetelmässä, jota kutsutaan yhdistelmäksi . Lambdafaagin 48 kb: n DNA -fragmentti ei ole välttämätön tuottavalle infektiolle, ja se voidaan korvata vieraalla DNA: lla. Lambda -faagi pääsee bakteereihin helpommin kuin plasmidit, mikä tekee siitä hyödyllisen vektorin, joka voi tuhota tai tulla osaksi isännän DNA: ta. Lambda-faagia voidaan manipuloida ja käyttää syövän vastaisena rokotteena, nanohiukkasena, joka kohdistuu ihmisen aspartyyli (asparaginyyli) β-hydroksylaasiin (ASPH, HAAH). Lambda -faagilla on myös ollut suuri merkitys erikoistuneen transduktion tutkimuksessa .
Katso myös
- Esther Lederberg
- Lambda holin perhe
- Molekyylipainon koon merkki
- Sankar Adhya
- Zygoottinen induktio
- Corynebacteriophages - Corynephages β (beta) ja ω (omega) ovat (ehdotettuja) Lambdavirus -suvun jäseniä
Viitteet
Lue lisää
- James Watson, Tania Baker, Stephen Bell, Alexander Gann, Michael Levine, Richard Losick Molecular Biology of the Gene (kansainvälinen painos) - 6. painos
- Mark Ptashne ja Nancy Hopkins , "Lambda -faagin repressorin ohjaamat operaattorit", PNAS , v.60, n.4, s. 1282–1287 (1968).
- Barbara J.Meyer, Dennis G.Kleid ja Mark Ptashne, "Lambda Repressor Turns Off Transcription of Own Gene", PNAS , v.72, n.12, s. 4785–4789 (joulukuu 1975).
- Brüssow H, Hendrix RW (tammikuu 2002). "Faagin genomiikka: pieni on kaunista" . Solu . 108 (1): 13–6. doi : 10.1016/S0092-8674 (01) 00637-7 . PMID 11792317 .
- Dodd IB, Shearwin KE, Egan JB (huhtikuu 2005). "Tarkistettu geenisäätely lambda -bakteriofagissa". Nykyinen mielipide genetiikasta ja kehityksestä . 15 (2): 145–52. doi : 10.1016/j.gde.2005.02.001 . PMID 15797197 .
- Friedman DI, Court DL (huhtikuu 2001). "Bakteriofagi lambda: elossa ja hyvin ja tekee edelleen tehtävänsä". Tämänhetkinen lausunto mikrobiologiasta . 4 (2): 201–7. doi : 10.1016/S1369-5274 (00) 00189-2 . PMID 11282477 .
- Gottesman, M. ja Weisberg, RA 2004 "Little lambda - who made you ?", Micro and Mol Biol Revs , 68, 796-813 (saatavilla verkossa osoitteessa Microbiology and Molecular Biology Reviews , American Society for Microbiology )
- Hendrix RW, Smith MC, Burns RN, Ford ME, Hatfull GF (maaliskuu 1999). "Evoluutiosuhteet erilaisten bakteriofagien ja profaagien välillä: koko maailma on faagi" . Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian julkaisut . 96 (5): 2192-7. Bibcode : 1999PNAS ... 96.2192H . doi : 10.1073/pnas.96.5.2192 . PMC 26759 . PMID 10051617 .
- Kitano H (maaliskuu 2002). "Järjestelmäbiologia: lyhyt katsaus" (PDF) . Tiede . 295 (5560): 1662-4. Bibcode : 2002Sci ... 295.1662K . doi : 10.1126/science.1069492 . PMID 11872829 . S2CID 2703843 .
- Ptashne, M. "A Geneetic Switch: Phage Lambda Revisited", 3. painos 2003
- Ptashne M (kesäkuu 2005). "Transkription säätely: lambdasta eukaryooteihin". Biokemiallisten tieteiden trendit . 30 (6): 275–9. doi : 10.1016/j.tibs.2005.04.003 . PMID 15950866 .
- Snyder, L. ja Champness, W. "Molecular Genetics of Bacteria", 3. painos 2007 (Sisältää informatiivisen ja hyvin havainnollistetun katsauksen bakteriofagi lambdasta)
- Splasho, Online -yleiskatsaus lambdasta (kuvaa geenejä, jotka ovat aktiivisia kaikissa elinkaaren vaiheissa)
Ulkoiset linkit
- Life Cycle, Basic animaatio Lambda Lifecyecle (havainnollistaa infektio ja lyyttisiä / lysogeenisen metaboliitin jonkin verran proteiinia ja transkription yksityiskohta)
- Time-lapse-mikroskoopivideo MIT: ltä, joka esittää sekä lyaasin että lysogeenian faagin lambdan avulla
- Lambda -faagin elinkaari (Lambda -bakteriofagin elinkaaren visuaalinen esittely)
- Lambda -faagin genomi GenBankissa
- UniProtin Lambda Phage Reference Proteome
- Lambda -faagiproteiinirakenteet NCBI: ssä (3D -näyttö proteiinirakenteista bakteriofagi Lambdalle)