Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

188 Экспрессия генетического материала

Рис. 15.15. Два взаимно исключающих варианта транскрипции генов, контролируемой участком OR. В зависимости от соотношения активностей (концентраций) репрессора cl и белка его будет устанавливаться и достаточно стабильно поддерживаться один из двух вариантов транскрипции. А. Путь, ведущий к лизогении. 5. Путь, ведущий к образованию фагового потомства и лизису клетки.

вестных промоторов. Они абсолютно лишены сходства с другими промоторами на ( — 35)-участке связывания с РНК-полимеразой (рис. 15.3). Анализ с помощью «футпринтинга» (см. Дополнение 14.2) показал, что белок cII связывается с ( — 35)-участком этих промоторов и таким образом, вероятно, восполняет систему контактов, необходимую для образования открытого комплекса РНК-полимеразы с промотором.

Ключевым аспектом выбора пути развития фага является конкуренция белков cI и Сrо, синтезируемых на II стадии. «Молчание» профага в лизогенной клетке обеспечивается связыванием белка cI с двумя операторными участками O_L и O_R, перекрывающимися с промоторами P_L и P_R соответственно. Связанный белок cI подавляет транскрипцию с P_L и P_R, препятствуя связыванию РНК-полимеразы с этими промоторами. Более того, при связывании с O_R белок cI одновременно активирует другой промотор p_rm (промотор поддержания репрессии), с которого идет транскрипция самого гена cI (рис. 15.13, черная стрелка). При транскрипции с p_rm белок cI нарабатывается в количествах, достаточных для поддержания профага в неактивном состоянии неограниченно долго в ходе роста и деления клетки. Интересно, что белок cI таким образом, выступает одновременно в роли как негативного, так и позитивного регулятора.

Белок Сго в свою очередь также способен связываться с операторами o_l и o_r. При этом с o_r он связывается таким образом, что подавляет транскрипцию гена cI с Р_RM, но в то же время допускает транскрипцию правого оперона с P_R. Таким образом, белки Сrо и cI обладают реципрокными свойствами, которые, как показано на рис. 15.15, проявляются в виде двух взаимно исключающих вариантов транскрипции. В варианте «включения» cI и «выключения» cro происходит рекомбинация фаговой ДНК с хромосомой хозяина, и клетка становится лизогенной. В обратном варианте: «cI выключен, cro включен» происходит интенсивная репликация фаговой ДНК, начинается III стадия транскрипции поздних генов и клетка лизирует. Детали взаимодействия белков cI и Cro с областью o_r обсуждаются в Дополнении 15.1.

Единожды установившись, лизогенное состояние может поддержи-

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

15. Регуляция экспрессии генов у прокариот 189

ваться во множестве последующих генераций. Профаг λ реплицируется вместе с хозяйской хромосомой и передается дочерним клеткам как часть родительского генома. Однако если клетка в течение некоторого времени подвергается воздействию агентов, повреждающих ДНК, то происходит индукция профага. Активация протеолитического действия белка Rec A приводит наряду с расщеплением репрессоров, контролирующих гены системы SOS-репарации (см. гл. 14), и к расщеплению репрессора cI. После этого начинается транскрипция с промоторов Р_L и p_r, которая приводит к наработке белков N и Cro, a затем интегразы и эксцизионазы, направляющих рекомбинационное вырезание профага из хромосомы. Белок Сrо подавляет транскрипцию с промотора Р_RM и последующий синтез белка cI. Вслед за этим происходит репликация фаговой ДНК, начинается III стадия транскрипции, которая завершается лизисом клетки и и высвобождением фагового потомства. При попадании образовавшегося дочернего фага в чувствительную клетку для него начинается очередной цикл фагового развития.

Дополнение 15.1. Регуляторные белки фага λ - cI и Cro

Изучение молекулярных деталей организации системы «переключения» генетических путей за счет взаимодействия белков cI и Сго с областью 0R значительно расширило наши представления как о механизмах регуляции генов, так и о ДНК-белковых взаимодействиях. В последовательности ДНК между генами cI и cro расположены два противоположно направленных промотора PRM и PR, a также три структурно близких, но не идентичных палиндромных участка OR1, 0R2 и 0R3 (рис. 1 5.16). С этими тремя участками, образующими вместе операторную область 0R, могут связываться как белок cI, так и белок Cro. Противоположная направленность регуляторных эффектов связывания этих белков с областью 0R является следствием как различий в структуре белков cI и Cro, так и характерных различий в специфичности связывания каждого из них с участками 0R1, 0R2 и 0R3. Важнейшие свойства обоих регуляторных белков перечислены в таблице 15.2. Полипептидная цепь одной субъединицы белка, cI содержит 236 аминокислотных остатков. В ее пространственной структуре можно выделить два домена:

N-концевой (остатки 1-92), взаимодействующий с ДНК, и С-концевой домен (остатки 132-236), ответственный за контакт с С-концевым доменом второй субъединицы белка. Участок цепи с 93 по 131 остаток образует перемычку между двумя функциональными доменами, на которой расположен участок атаки протеиназы RecA. В активной форме белок cI представляет собой димер, структура которого поддерживается нековалентными взаимодействиями между С-концевыми доменами двух субъединиц. Оба n-концевых домена связываются кооперативно с палиндромными последовательностями каждого из трех участков OR1, 0R2 и 0R3. При индукции протеиназа RecA расщепляет полипептидную цепь на участке между доменами. В результате этого нарушается кооперативность связывания, что проявляется в значительном снижении сродства индивидуальных N-концевых доменов к центрам связывания в операторной области. Связывание очищенного димера cI с изолированной ДНК 0R изучали с помощью метода «футпринтинга». Таким образом удалось оценить относительные