SOS ответ - SOS response

Кишечная палочка Система SOS: 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 является 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 удаление и пострепликационную репарацию, усиленный мутагенез, индукцию профага. Система также может подавлять деление клеток и клеточное дыхание.[1]
Ответ SOS был предложен в качестве модели для бактериальная эволюция некоторых видов устойчивость к антибиотикам.[2]

В SOS ответ глобальный ответ на повреждение ДНК, при котором клеточный цикл арестован и Ремонт ДНК и мутагенез индуцируется. Система включает в себя RecA белок (Rad51 у эукариот). Белок RecA, стимулируемый одноцепочечной ДНК, участвует в инактивации репрессора (LexA ) генов SOS-ответа, тем самым вызывая ответ. Это подверженная ошибкам система репарации, которая вносит значительный вклад в изменения ДНК, наблюдаемые у широкого круга видов.

Открытие

Ответ SOS был обнаружен и назван Мирослав Радман в 1975 г.[3]

Механизм

Во время нормального роста гены SOS негативно регулируются LexA. белок-репрессор димеры. В нормальных условиях LexA связывается с консенсусной последовательностью из 20 п.н. ( Коробка SOS ) в операторной области для этих генов. Некоторые из этих генов SOS экспрессируются на определенных уровнях даже в репрессированном состоянии, в соответствии с сродством LexA к их SOS-боксу. Активация генов SOS происходит после повреждения ДНК за счет накопления одноцепочечных (оцДНК) областей, генерируемых в репликационных вилках, где ДНК-полимераза заблокирован. RecA формирует филамент вокруг этих областей оцДНК АТФ-зависимым образом и активируется.[4] Активированная форма RecA взаимодействует с репрессором LexA для облегчения самоотщепления 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, имеющие слабый SOSbox (например, lexA, recA, uvrA, uvrB, и uvrD) полностью индуцируются в ответ даже на слабые процедуры, вызывающие SOS. Таким образом, первый механизм восстановления SOS, который необходимо вызвать, - это 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 экспрессия генов с более сильными блоками LexA (например, сула, умуд, umuC - выражаются поздно) индуцируется.[4] SulA останавливается деление клеток[4] путем привязки к FtsZ, инициирующий белок в этом процессе. Это вызывает филаментация и индукция UmuDC-зависимой мутагенной репарации. В результате этих свойств некоторые гены могут частично индуцироваться в ответ даже на эндогенные уровни повреждения ДНК, тогда как другие гены, по-видимому, индуцируются только тогда, когда в клетке присутствует сильное или стойкое повреждение ДНК.

Устойчивость к антибиотикам

Недавние исследования показали, что путь SOS может иметь важное значение для приобретения бактериальных мутаций, которые приводят к сопротивление к некоторым антибиотическим препаратам.[6] Повышенная скорость мутации во время SOS-ответа вызвана тремя низкими показателями достоверности. ДНК-полимеразы: 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 на генотоксичность

Обзор использования SOS-ответа для тестирования генотоксичности.

В кишечная палочка, различные классы повреждающих ДНК агентов могут инициировать SOS-ответ, как описано выше. Используя преимущества слияния оперонов, лак оперон (отвечает за выработку бета-галактозидазы, белка, разлагающего лактозу) под контролем белка, связанного с SOS, простой колориметрический анализ для генотоксичность возможно. К бактериям добавляется аналог лактозы, который затем разлагается бета-галактозидазой, производя тем самым окрашенное соединение, которое можно количественно измерить с помощью спектрофотометрия. Степень развития окраски является косвенным показателем продуцируемой бета-галактозидазы, которая сама напрямую связана с количеством повреждений ДНК.

В Кишечная палочка дополнительно модифицируются, чтобы иметь ряд мутаций, включая мутацию uvrA, которая делает штамм дефицитным для эксцизионной репарации, увеличивая ответ на определенные повреждающие ДНК агенты, а также мутацию rfa, которая делает бактерии дефицитными по липополисахаридам, что позволяет лучшая диффузия определенных химических веществ в клетку, чтобы вызвать реакцию SOS.[8] Коммерческие наборы, которые измеряют первичный отклик Кишечная палочка клетки к генетическому повреждению доступны и могут сильно коррелировать с Эймс Тест для определенных материалов.[9]

Другие изображения

  • SOS-ответ ингибирует образование перегородки до тех пор, пока не будет восстановлена ​​бактериальная ДНК, и его можно наблюдать как филаментация при исследовании клеток под микроскопом (вверху справа изображения).

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Маленький JW, Mount DW (май 1982 г.). "Система регулирования SOS кишечная палочка". Ячейка. 29 (1): 11–22. Дои:10.1016 / 0092-8674 (82) 90085-X. PMID  7049397.
  2. ^ Мишель Б. (июль 2005 г.). «После 30 лет исследований реакция бактерий на SOS все еще удивляет нас». PLOS Биология. 3 (7): e255. Дои:10.1371 / journal.pbio.0030255. ЧВК  1174825. PMID  16000023. открытый доступ
  3. ^ Радман, М (1975). «Феноменология индуцибельного мутагенного пути репарации ДНК в кишечная палочка: Гипотеза SOS ремонта ". Основные науки о жизни. 5А: 355–367. Дои:10.1007/978-1-4684-2895-7_48. PMID  1103845.
  4. ^ а б c d е Масловска, К. Х .; Макиела-Дзбенска, К .; Фиялковска, И. Дж. (Май 2019 г.). «Система SOS: сложный и строго регулируемый ответ на повреждение ДНК». Экологический и молекулярный мутагенез. 60 (4): 368–384. Дои:10.1002 / em.22267. ЧВК  6590174. PMID  30447030.
  5. ^ Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (апрель 2004 г.) Принципы биохимии Ленингера, 4-е издание. Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания. стр.1098.
  6. ^ а б Cirz, RT; Чин, JK; Анды, ДР; De Crécy-Lagard, V; Крейг, Вашингтон; Ромесберг, ИП; и другие. (Июнь 2005 г.). «Подавление мутаций и борьба с эволюцией устойчивости к антибиотикам». PLOS Биология. 3 (6): e176. Дои:10.1371 / journal.pbio.0030176. ЧВК  1088971. PMID  15869329. открытый доступ
  7. ^ Ли, AM; Росс, Коннектикут; Цзэн, BB; Синглтон, Сан-Франциско; и другие. (Июль 2005 г.). "Молекулярная мишень для подавления эволюции устойчивости к антибиотикам: ингибирование кишечная палочка RecA Protein by N6- (1-Naphthyl) -ADP ». Журнал медицинской химии. 48 (17): 5408–5411. Дои:10.1021 / jm050113z. PMID  16107138.
  8. ^ Quillardet P, Hofnung M (октябрь 1993 г.). «Хромотест SOS: обзор». Мутационные исследования. 297 (3): 235–279. Дои:10.1016 / 0165-1110 (93) 90019-Дж. PMID  7692273.
  9. ^ Quillardet P, Hofnung M (июнь 1985 г.). «Хромотест SOS, колориметрический бактериальный анализ генотоксинов: валидационное исследование с 83 соединениями». Мутационные исследования. 147 (3): 79–95. Дои:10.1016/0165-1161(85)90021-4. PMID  3923333.