Лямбда-фаг - Lambda phage

Вирус эшерихии Лямбда
LambdaPlaques.jpg
Бляшки лизиса лямбда-фага на Кишечная палочка бактерии
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Область:Дуплоднавирия
Королевство:Heunggongvirae
Тип:Уровирикота
Учебный класс:Caudoviricetes
Заказ:Caudovirales
Семья:Siphoviridae
Род:Лямбдавирус
Разновидность:
Вирус эшерихии Лямбда

Фаг энтеробактерий λ (лямбда-фаг, колифаг λ, официально Вирус эшерихии Лямбда) - это бактериальный вирус, или бактериофаг, который заражает виды бактерий кишечная палочка (Кишечная палочка). Это было обнаружено Эстер Ледерберг в 1950 г.[1] Дикий тип этого вируса имеет умеренный жизненный цикл, который позволяет ему либо находиться в пределах геном своего хозяина через лизогения или войти в литический фаза, во время которой он убивает и лизирует клетку, чтобы произвести потомство. Штаммы лямбда, мутировавшие в определенных сайтах, не способны 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 ), хвост и волокна хвоста (см. изображение вируса ниже). Головка содержит двухцепочечную линейную ДНК геном. Во время заражения фаговая частица распознает своего хозяина и связывается с ним, Кишечная палочка, в результате чего ДНК в голове фага выбрасывается через хвост в цитоплазму бактериальной клетки. Обычно "литический цикл "следует, где лямбда ДНК реплицируется и в клетке образуются новые фаговые частицы. Затем клетка лизис, высвобождая содержимое клетки, включая собранные вирионы, в окружающую среду. Однако при определенных условиях ДНК фага может интегрироваться в хромосому клетки-хозяина в лизогенный путь. В этом состоянии λ-ДНК называется профаг и проживает в геном без видимого вреда для хозяина. Хост называется лизоген когда присутствует профаг. Этот профаг может войти в литический цикл, когда лизоген входит в стрессовое состояние.

Анатомия

Бактериофаг лямбда-вирион
Бактериофаг лямбда-вирион (схема). Показаны названия белков и их количество копий в вирионной частице. 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 белковых молекул, и одной молекулы ДНК, расположенной в головке фага. Однако до сих пор не совсем ясно, входят ли белки L и M в состав 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 капсид.[3]

В геном содержит 48 490 пар оснований двухцепочечной линейной ДНК с одноцепочечными сегментами из 12 оснований на обоих 5'-концах.[5] Эти два однонитевых сегмента являются «липкими концами» того, что называется потому что сайт. В потому что сайт циркулирует ДНК в цитоплазме хозяина. Следовательно, в кольцевой форме геном фага имеет длину 48 502 пары оснований.[5] Лямбда-геном можно вставить в Кишечная палочка хромосома и тогда называется профагом. См. Подробности в разделе ниже.

Жизненный цикл

Инфекционное заболевание

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 вторжения в клетку-хозяина, развив кончик своего хвоста, чтобы взаимодействовать с определенной порой, чтобы позволить проникнуть своей ДНК в клетку-хозяина.

  1. Бактериофаг Лямбда связывается с Кишечная палочка клетка с помощью своего белка J в кончике хвоста. Белок J взаимодействует с внешней мембраной мальтозы. порин (продукт ягненок ген) из Кишечная палочка,[6] молекула порина, которая является частью мальтоза оперон.
  2. Геном линейного фага вводится через внешнюю мембрану.
  3. ДНК проходит через комплекс пермеазы маннозы во внутренней мембране.[7][8] (кодируется генами manXYZ) и немедленно циркулирует с помощью потому что сайты, 12-основание G-C-богатые слипчивые "липкие концы". Концы одноцепочечной вирусной ДНК лигируются хозяином. ДНК-лигаза. Обычно не принято во внимание, что липкие концы лямбда длиной 12 п.н. 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. Хозяин ДНК-гираза ставит отрицательный суперспирали в кольцевой хромосоме, заставляя A-T-богатые области раскручиваться и управлять транскрипцией.
  2. Транскрипция начинается с учредительного пL, пр и пР' промоутеры производство «немедленных» транскриптов. Сначала они выражают N и Cro гены, продуцирующие N, Cro и короткий неактивный белок.
События ранней активации с участием N-белка
  1. Кро привязывается к OR3, предотвращая доступ к пRM промотор, предотвращающий экспрессию cI ген. N связывается с двумя Орех (N использования) сайтов, один в N ген в пL рамки считывания и одна в Cro ген в пр рамка чтения.
  2. Белок N - это антитерминатор, и функции, задействуя транскрибирующий РНК-полимераза в определенных сайтах зарождающейся транскрибируемой мРНК. Когда РНК-полимераза транскрибирует эти области, рекрутирует N и образует комплекс с несколькими белками Nus хозяина. Этот комплекс пропускает большинство терминирующих последовательностей. Расширенные стенограммы ("поздние ранние" стенограммы) включают N и Cro гены вместе с cII и cIII гены и xis, int, О, п и Q гены обсуждаются позже.
  3. Белок cIII защищает белок cII от протеолиза под действием FtsH (мембраносвязанный незаменимый компонент). E. кишечная палочка протеаза), действуя как конкурентный ингибитор. Это торможение может вызвать бактериостатический состояние, благоприятствующее лизогении. cIII также напрямую стабилизирует белок cII.[10]

При первоначальном заражении стабильность cII определяет образ жизни фага; стабильный cII приведет к лизогенному пути, тогда как если cII распадается, фаг переходит в литический путь. Низкая температура, голодание клеток и высокая множественность заражения (MOI), как известно, способствуют лизогении (см. Обсуждение ниже).

N антитерминация

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 границу Орех сайт на мРНК) продолжает транскрипцию и может пропускать терминирующие последовательности.

Литический жизненный цикл

Основная статья: Литический цикл

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» стенограммы продолжают составляться, в том числе xis, int, Q и гены репликации лямбда-генома (OP). Cro доминирует над сайтом репрессора (см. Раздел «Репрессор» ), подавляя синтез из пRM промотор (который является промотором лизогенного цикла).
  2. Белки O и P инициируют репликацию хромосомы фага (см. «Литическая репликация»).
  3. Q, другой антитерминатор, привязан к Qut места.
  4. Транскрипция из пР' промотор теперь может расширяться, чтобы производить мРНК для лизиса, а также белков головы и хвоста.
  5. Структурные белки и фаговые геномы самоорганизуются в новые фаговые частицы.
  6. Продукты генов S,р, Rz и Rz1 вызывают лизис клеток. S - это холин, небольшой мембранный белок, который во время, определяемый последовательностью белка, внезапно делает дыры в мембране. R - это 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

Правая транскрипция выражает О, п и Q гены. O и P ответственны за инициацию репликации, а Q - еще один антитерминатор, который позволяет экспрессировать гены головы, хвоста и лизиса из пР'.

Литическая репликация
  1. В течение первых нескольких циклов репликации лямбда-геном подвергается θ репликация (по кругу).
  2. Это инициируется в Ори сайт, расположенный в О ген. Белок O связывает Ори сайт, а белок P связывает субъединицу DnaB аппарата репликации хозяина, а также связывает O. Это эффективно управляет ДНК-полимеразой хозяина.
  3. Вскоре фаг переключается на репликация катящегося круга аналогично тому, 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: объединитель.
  4. Эти конкатемеры расщеплены на своих потому что сайты, как они упакованы. Упаковка не может происходить из кольцевой ДНК фага, только из конкатомерной ДНК.
Q антитерминация
Шаг 1
Шаг 2
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-полимераза в Qut сайты и результирующий комплекс могут игнорировать терминаторы, однако механизм сильно отличается; белок Q сначала связывается с последовательностью ДНК, а не с последовательностью мРНК.[12]

  1. В Qut сайт находится очень близко к пР' промотор, достаточно близкий, чтобы σ-фактор не высвобождался из холофермента РНК-полимеразы. Часть Qut сайт похож на -10 Прибновый ящик, вызывая приостановку 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.

Левая транскрипция

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.

Левая транскрипция выражает игра, красный, xis, и int гены. В рекомбинации участвуют гамма- и красный белки. Gam также важен в том смысле, что он ингибирует нуклеазу RecBCD хозяина от разрушения 3 ’концов в репликации по катящемуся кругу. Int и xis являются белками интеграции и удаления, жизненно важными для лизогении.

xis и int регуляция вставки и удаления
  1. xis и int находятся на одном и том же участке мРНК, поэтому примерно равные концентрации xis и int белки производятся. Это приводит (первоначально) к удалению любых вставленных геномов из генома хозяина.
  2. МРНК из пL промотор образует стабильную вторичную структуру с стебель-петля в брат раздел мРНК. Это нацелено на 3 '(брат) конец мРНК для деградации РНКазы III, что приводит к более низкой эффективной концентрации int мРНК, чем xis мРНК (как int цистрон ближе к брат последовательность, чем xis цистрон для брат последовательность), поэтому более высокие концентрации xis чем int наблюдается.
  3. Более высокие концентрации xis чем int не приводят к вставке или удалению фаговых геномов, что является эволюционно благоприятным действием - оставляя любые предварительно вставленные фаговые геномы вставленными (таким образом уменьшая конкуренцию) и предотвращая вставку генома фага в геном обреченного хозяина.

Лизогенный (или лизеногенный) жизненный цикл

Основная статья: Лизогенный цикл

Лизогенный жизненный цикл начинается, когда белок cI достигает достаточно высокой концентрации для активации его промоторов после небольшого числа инфекций.

  1. «Поздние ранние» стенограммы продолжают составляться, в том числе xis, int, Q и гены репликации лямбда-генома.
  2. Стабилизированный cII способствует транскрипции из пRE, пя и пантиквариат промоутеры.
  3. В пантиквариат промотор продуцирует антисмысловую мРНК к Q генное послание пр промоторный транскрипт, тем самым отключая продукцию Q. В пRE промотор продуцирует антисмысловую мРНК кро-секции пр стенограмма промотора, отказавшаяся от производства урожая, и есть стенограмма cI ген. Это выражается в включении производства репрессоров КИ. В пя промоутер выражает int ген, что приводит к высоким концентрациям белка Int. Этот белок int интегрирует ДНК фага в хромосому хозяина (см. «Интеграция профага»).
  4. Отсутствие Q не приводит к расширению пР' рамки считывания промотора, 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 OR1 и ИЛИ2 сайты в пр промоутер, выключение Cro и экспрессия других ранних генов. cI также связывается с пL промоутер, отключив там транскрипцию.
  5. Отсутствие кро оставляет OR3 сайт не привязан, поэтому транскрипция с пRM может возникнуть промотор, поддерживая уровни cI.
  6. Отсутствие транскрипции из пL и пр промоторы не приводят к дальнейшему продуцированию cII и cIII.
  7. По мере снижения концентраций cII и cIII транскрипция из пантиквариат, пRE и пя перестать продвигаться по службе, так как они больше не нужны.
  8. Только пRM и пР' промоторы остаются активными, первые продуцируют белок cI, а вторые - короткий неактивный транскрипт. Геном остается встроенным в геном хозяина в неактивном состоянии.

Профаг дублируется при каждом последующем делении клеток хозяина. Фаговые гены, 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 расщепляются, когда хозяйская клетка находится в состоянии стресса, что приводит к экспрессии репрессированных фаговых генов. Стресс может быть от голодание, яды (подобно антибиотики ) или другие факторы, которые могут повредить или уничтожить хост. 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

Интеграция фага λ происходит в особом месте прикрепления в бактериальном и фаговом геномах, которое называется attλ. Последовательность бактериального att-сайта называется attB, между гал и биография оперонов и состоит из частей B-O-B ', в то время как комплементарная последовательность в кольцевом геноме фага называется attP и состоит из частей P-O-P '. Сама интеграция представляет собой последовательный обмен (см. генетическая рекомбинация ) через Холлидей Джанкшн и требует как фагового белка Int, так и бактериального белка IHF (фактор хоста интеграции). И Int, и IHF связываются с attP и образуют интасому, комплекс ДНК-белок, предназначенный для сайт-специфическая рекомбинация ДНК фага и хозяина. Исходная последовательность B-O-B 'заменяется интеграцией в B-O-P'-фаговую ДНК-P-O-B'. ДНК фага теперь является частью генома хозяина.[13]

Поддержание лизогении

Упрощенное представление парадигмы интеграции / удаления и основных задействованных генов.
  • Лизогения поддерживается исключительно cI. cI подавляет транскрипцию из пL и пр одновременно регулируя и контролируя собственное выражение от пRM. 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 пL и пр операторы. У обоих операторов есть три сайта привязки для cI: OL1, OL2, и OL3 за пL, и OR1, ИЛИ2 и OR3 за пр.
  • cI наиболее благоприятно связывается с OR1; связывание здесь ингибирует транскрипцию с пр. Поскольку cI легко димеризуется, связывание cI с OR1 значительно увеличивает сродство связывания cI с ИЛИ2, и это происходит почти сразу после OR1 привязка. Это активирует транскрипцию в противоположном направлении от пRM, как N-концевой домен cI на ИЛИ2 усиливает связывание РНК-полимеразы с пRM и, следовательно, cI стимулирует собственную транскрипцию. Когда он присутствует в гораздо более высокой концентрации, он также связывается с OR3, ингибируя транскрипцию с пRM, таким образом регулируя свои собственные уровни в петле отрицательной обратной связи.
  • cI привязка к пL Оператор очень похож, за исключением того, что он не имеет прямого воздействия на транскрипцию cI. Однако в качестве дополнительной репрессии собственной экспрессии димеры cI связаны с OR3 и OL3 изогнуть ДНК между ними, чтобы тетрамеризоваться.
  • Присутствие cI вызывает иммунитет к суперинфекции другими лямбда-фагами, так как он подавляет их пL и пр промоутеры.

Индукция

Транскрипционное состояние PRM и Pр промоторные области 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 SOS ответ хозяина иначе стимулируется, приводит к индукции.

  1. Клетка-хозяин, содержащая спящий геном фага, испытывает повреждение ДНК из-за высокой стрессовой среды и начинает подвергаться воздействию SOS ответ.
  2. RecA (клеточный белок) обнаруживает повреждение ДНК и активируется. Теперь это RecA *, высокоспецифичная ко-протеаза.
  3. Обычно RecA * связывает LexA (a транскрипция репрессор), активируя активность аутопротеазы LexA, которая разрушает репрессор LexA, позволяя производить Ремонт ДНК белки. 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 ДНК.
  5. В пр и пL промоторы больше не репрессируются и включаются, и клетка возвращается к литической последовательности событий экспрессии (обратите внимание, что cII нестабилен в клетках, подвергающихся SOS-ответу). 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
  1. Геном фага все еще встроен в геном хозяина и нуждается в вырезании для репликации ДНК. В брат раздел за пределы нормального пL Однако транскрипт промотора больше не включается в эту рамку считывания (см. диаграмму).
  2. Нет брат домен на пL мРНК промотора приводит к отсутствию шпильки на 3'-конце, и транскрипт больше не является мишенью для деградации РНКазы III.
  3. В новой неповрежденной стенограмме есть по одной копии обоих xis 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 производства фага.

Реактивация множественности и реактивация профага

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. MR был первоначально 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 инфицированного фага.[15] Отсутствие обеих систем рекомбинации приводит к потере MR.

Выживаемость УФ-облученного фага λ увеличивается, когда хозяин E. coli является лизогенным для 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

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

В репрессор Обнаруженная в фаге лямбда является ярким примером уровня контроля, возможного над экспрессией генов с помощью очень простой системы. Он образует «бинарный переключатель» с двумя генами при взаимоисключающей экспрессии, как обнаружил 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):

  • cI ген
  • Ор3
  • Ор2
  • Ор1
  • Cro ген

Лямбда-репрессор представляет собой 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 останется 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, Oр1, Ор2 и Oр3 в порядке Oр1> Oр2> Oр3. Связывание димера cI с Oр1 усиливает связывание второго димера cI с Oр2, эффект, называемый сотрудничество. Таким образом, Oр1 и Oр2 почти всегда одновременно заняты cI. Однако это не увеличивает сродство между cI и Oр3, которая будет занята только при высокой концентрации ХИ.

При высоких концентрациях cI димеры также связываются с операторами OL1 и OL2 (которые более чем на 2 кб ниже по течению от операторов R). Когда димеры cI связаны с OL1, ОL2, Ор1 и Oр2 в ДНК индуцируется петля, позволяющая этим димерам связываться вместе с образованием октамера. Это явление называется долгосрочное сотрудничество. При образовании октамера димеры cI могут кооперативно связываться с OL3 и Ор3, подавляя транскрипцию cI. Этот автономный регулирование обеспечивает стабильную минимальную концентрацию репрессорной молекулы и, в случае возникновения сигналов SOS, позволяет более эффективную индукцию профага.[19]

  • В отсутствие белков cI Cro ген может быть транскрибирован.
  • В присутствии белков cI только cI ген может быть транскрибирован.
  • 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, при этом репрессор, связанный с полимеразой OR2, увеличивается, и OR1 выключен.

  • Репрессия лизогена, связанная со всеми тремя 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

ПротеинФункция в жизненном циклеРегион промоутераОписание
cIIIРегуляторный белок CIII. Лизогения, стабильность cIIпL(Очистить 3) HflB (FtsH) связывающий белок, защищает cII от деградации протеазами.
cIIЛизогения, активатор транскрипциипр(Очистить 2) Активирует транскрипцию с PAQ, ПRE и Pя промоутеры, транскрибирующие cI и int. Низкая стабильность из-за восприимчивости к клеточному HflB (FtsH) протеазы (особенно в здоровых клетках и клетках, испытывающих SOS-ответ). Высокий уровень cII подтолкнет фаг к интеграции и лизогению, в то время как низкие уровни cII приведет к лизису.
cIРепрессор, поддержание лизогениипRM, ПRE(Очистить 1) Ингибитор транскрипции, связывает Oр1, Ор2 и Oр3 (близость Oр1> Oр2 = Oр3, т.е. преимущественно связывает Oр1). При низких концентрациях блокирует Pр промоутер (предотвращающий продукцию Cro). При высоких концентрациях снижает собственное производство за счет Oр3 переплета. Репрессор также подавляет транскрипцию из PL промоутер. Восприимчивы к расщеплению RecA * в ячейках, подвергающихся SOS-ответу.
CroЛизис, контроль оператора репрессорапрИнгибитор транскрипции, связывает Oр3, Ор2 и Oр1 (близость Oр3> Oр2 = Oр1, т.е. преимущественно связывает Oр3). В низких концентрациях блокирует промотор pRM (предотвращая cI производство). При высоких концентрациях снижает собственное производство за счет Oр2 и Oр1 переплет. Нет совместной привязки (см. Ниже для привязки cI)
ОЛизис, репликация ДНКпрРепликационный белок O. Инициирует репликацию ДНК фага лямбда путем связывания на Ори сайт.
пЛизис, репликация ДНКпрИнициирует репликацию ДНК фага лямбда путем связывания с О и DnaB субъединица. Эти связывания обеспечивают контроль над ДНК-полимеразой хозяина.
играЛизис, репликация ДНКпLТормозит хост RecBCD нуклеаза от разложения 3'-концов - разрешить репликация катящегося круга продолжать.
SЛизиспР'Холин, мембранный белок, который перфорирует мембрану во время лизиса.
рЛизиспР'Эндолизин, Лизоцим, фермент, который выходит из клетки через отверстия, производимые холином, и расщепляет клеточную стенку.
Rz и Rz1ЛизиспР'Образует мембранный белковый комплекс, который разрушает внешнюю клеточную мембрану после разрушения клеточной стенки эндолизином. Спанин, Rz1 (субъединица внешней мембраны) и Rz (субъединица внутренней мембраны).
FЛизиспР'Белки капсидной головки фага.
DЛизиспР'Белок украшения головы.
EЛизиспР'Главный белок головы.
CЛизиспР'Незначительный капсидный белок.
BЛизиспР'Портальный белок B.
АЛизиспР'Белок большой терминазы.
JЛизиспР'Белок специфичности хозяина J.
М В У Г Л Т ЯЛизиспР'Минорный хвостовой белок M.
KЛизиспР'Вероятная эндопептидаза.
ЧАСЛизиспР'Хвостовая рулетка, белок H.
яЛизиспР'Белок сборки хвоста I.
FIЛизиспР'ДНК-упаковывающий белок FI.
FIIЛизиспР'Белок прикрепления хвоста.
tfaЛизиспР'Белок сборки волокон хвоста.
intИнтеграция генома, эксцизияпя, ПLИнтеграза, управляет вставкой генома фага в геном хозяина. В условиях низкой int концентрации нет никакого эффекта. Если xis низкая концентрация и int тогда это приводит к вставке генома фага. Если xis и int имеют высокие (и примерно равные) концентрации, что приводит к удалению геномов фагов из генома хозяина.
xisУдаление геномапя, ПLЭксцизионаз и int регулятор белка, управляет вырезанием и вставкой генома фага в геном хозяина.
NАнтитерминация для транскрипции поздних ранних геновпLАнтитерминатор, РНК-связывающий белок и кофактор РНК-полимеразы, связывает РНК (в сайтах Nut) и переносится на формирующийся RNApol, который только что транскрибировал сайт ореха. Эта модификация RNApol предотвращает распознавание сайтов терминации, поэтому нормальные сигналы терминации РНК-полимеразы игнорируются, и синтез РНК продолжается в дистальных фаговых генах (cII, cIII, xis, интервал, O, P, Q)
QАнтитерминация для транскрипции поздних литических геновпрАнтитерминатор, 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 (A-F, Z-J) и гены лизиса (S, R, Rz и Rz1). Подавляется Pантиквариат антисмысловая мРНК во время лизогении.
RecASOS ответБелок хозяинаБелок репарации ДНК, функционирует как ко-протеаза во время SOS-ответа, авто-расщепление LexA и cI и облегчение лизиса.

Литический против лизогенного

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 инфицировании, а также продолжение лизогении или лизиса профага. Последнее определяется исключительно активацией RecA в SOS-ответе клетки, как подробно описано в разделе, посвященном индукции. Это также коснется первых; клетка, претерпевающая SOS-ответ, всегда будет лизироваться, поскольку 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 протеазы 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 «в беде», то есть при недостатке питательных веществ и 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 инфекции, предопределяют, будет ли клетка лизироваться или станет лизогеном.[22]

Как генетический инструмент

Лямбда-фаг широко использовался как модельный организм, и был богатым источником полезных инструментов в микробная генетика, а позже в молекулярная генетика. Использование включает его применение в качестве вектора для клонирования рекомбинантная ДНК; использование его сайт-специфической рекомбиназы (int) для перетасовки клонированных ДНК посредством метод шлюза; и применение его красного оперон, включая белки Red alpha (также называемые «экзо»), бета и гамма в методе ДНК-инженерии, называемом рекомбинирование. 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-фаг можно манипулировать и использовать в качестве противораковой вакцины, наночастиц, нацеленных на человека. аспартил (аспарагинил) β-гидроксилаза (АСИФ, ха-ха).[23] Лямбда-фаг также сыграл важную роль в изучении специализированная трансдукция.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Эстер Ледерберг, "Лизогенность в кишечная палочка штамм К-12, Бюллетень микробной генетики, т.1, стр. 5–8 (январь 1950 г.); с последующим Ледерберг Е.М., Ледерберг Дж. (Январь 1953 г.). «Генетические исследования лизогенности Escherichia Coli». Генетика. 38 (1): 51–64. ЧВК  1209586. PMID  17247421.
  2. ^ Гриффитс А., Миллер Дж., Сузуки Д., Левонтин Р., Гелбарт В. (2000). Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: У. Х. Фриман. ISBN  978-0-7167-3520-5. Получено 19 мая 2017.
  3. ^ а б c Раджагопала С.В., Касьенс С., Уетц П. (сентябрь 2011 г.). «Карта взаимодействия белков бактериофага лямбда». BMC Microbiology. 11: 213. Дои:10.1186/1471-2180-11-213. ЧВК  3224144. PMID  21943085.
  4. ^ Casjens, S. R., & Hendrix, R. W. (2015). Лямбда-бактериофаг: первопроходец и все еще актуален. Вирусология, 479-480, 310–330. DOI: 10.1016 / j.virol.2015.02.010  
  5. ^ а б Кэмпбелл, А. Бактериофаги. В: Neidhardt, FC et al. (1996) кишечная палочка и Сальмонелла тифимуриум: Клеточная и молекулярная биология (ASM Press, Вашингтон, округ Колумбия)
  6. ^ Вертс С., Мишель В., Хофнунг М., Чарбит А. (февраль 1994 г.). «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. Дои:10.1128 / jb.176.4.941-947.1994. ЧВК  205142. PMID  8106335.
  7. ^ Эрни Б., Занолари Б., Кочер HP (апрель 1987 г.). «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. Дои:10.1038 / s41422-019-0194-z. ISSN  1748-7838. ЧВК  6796895. PMID  31209249.
  9. ^ Casjens, S. R., & Hendrix, R. W. (2015). Бактериофаг лямбда: первопроходец и все еще актуален. Вирусология, 479-480, 310–330. DOI: 10.1016 / j.virol.2015.02.010
  10. ^ Кобилер О., Рокни А., Оппенгейм А.Б. (апрель 2007 г.). «Фаг лямбда CIII: ингибитор протеазы, регулирующий решение о лизисе-лизогении». PLOS One. 2 (4): e363. Bibcode:2007PLoSO ... 2..363K. Дои:10.1371 / journal.pone.0000363. ЧВК  1838920. PMID  17426811.
  11. ^ а б Сантанджело Т.Дж., Арцимович I (май 2011 г.). «Прерывание и антиттерминация: РНК-полимераза движется по знаку остановки». Обзоры природы. Микробиология. 9 (5): 319–29. Дои:10.1038 / nrmicro2560. ЧВК  3125153. PMID  21478900.
  12. ^ Дейган П., Хохшильд А. (февраль 2007 г.). «Анти-терминаторный белок бактериофага lambdaQ регулирует экспрессию поздних генов как стабильный компонент комплекса элонгации транскрипции». Молекулярная микробиология. 63 (3): 911–20. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2006.05563.x. PMID  17302807.
  13. ^ Groth AC, Calos MP (январь 2004 г.). «Фаговые интеграции: биология и приложения». Журнал молекулярной биологии. 335 (3): 667–78. Дои:10.1016 / j.jmb.2003.09.082. PMID  14687564.
  14. ^ Мичод Р.Э., Бернштейн Х., Недельку А.М. (май 2008 г.). «Адаптивное значение секса у микробных патогенов». Инфекция, генетика и эволюция. 8 (3): 267–85. Дои:10.1016 / j.meegid.2008.01.002. PMID  18295550.
  15. ^ Хаски Р.Дж. (апрель 1969 г.). «Реактивация множественности как тест на функцию рекомбинации». Наука. 164 (3877): 319–20. Bibcode:1969Sci ... 164..319H. Дои:10.1126 / science.164.3877.319. PMID  4887562.
  16. ^ Бланко М., Деворет Р. (март 1973 г.). «Механизмы восстановления, участвующие в реактивации профага и УФ-реактивации УФ-облученного фага лямбда». Мутационные исследования. 17 (3): 293–305. Дои:10.1016/0027-5107(73)90001-8. PMID  4688367.
  17. ^ "Барбара Дж. Мейер", HHMI Интерактивный.
  18. ^ Burz DS, Beckett D, Benson N, Ackers GK (июль 1994). «Самосборка репрессора лямбда-cI бактериофага: влияние односайтовых мутаций на равновесие мономер-димер». Биохимия. 33 (28): 8399–405. Дои:10.1021 / bi00194a003. PMID  8031775.
  19. ^ Пташное, Марк (2004). Генетический переключатель, п. 112. Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк. ISBN  978-0879697167.
  20. ^ Пташне М (1986). "Генетический переключатель. Контроль генов и лямбда фага". Cell Press ISBN  0-86542-315-6
  21. ^ Аркин А., Росс Дж., Макадамс Х. Х. (август 1998 г.). «Стохастический кинетический анализ бифуркации пути развития в клетках Escherichia coli, инфицированных фагом лямбда». Генетика. 149 (4): 1633–48. ЧВК  1460268. PMID  9691025.
  22. ^ Сен-Пьер Ф, Энди Д. (декабрь 2008 г.). «Определение клеточной судьбы при инфицировании фагом лямбда». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (52): 20705–10. Bibcode:2008ПНАС..10520705С. Дои:10.1073 / pnas.0808831105. ЧВК  2605630. PMID  19098103.
  23. ^ Sztriha L, Salgó L (апрель 1985 г.). «[Изменения уровня церулоплазмина и цинка в крови у детей, получающих противоэпилептические средства]». Орвози Хетилап. 126 (14): 835–6. Дои:10.1186 / 2051-1426-1-S1-P210. ЧВК  3991175.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка