stringtranslate.com

Лямбда-фаг

Структурная модель бактериофага лямбда с атомным разрешением [1]

Фаг энтеробактерий λ ( фаг лямбда , колифаг λ , официально вирус Escherichia Lambda ) представляет собой бактериальный вирус или бактериофаг , который заражает бактериальный вид Escherichia coli ( E. coli ). Он был открыт Эстер Ледерберг в 1950 году. [2] Дикий тип этого вируса имеет умеренный жизненный цикл, который позволяет ему либо находиться в геноме хозяина посредством лизогении , либо вступать в литическую фазу, во время которой он убивает и лизирует. клетка для производства потомства. Штаммы Lambda, мутировавшие в определенных сайтах, не способны лизогенизировать клетки; вместо этого они растут и вступают в литический цикл после суперинфицирования уже лизогенизированной клетки. [3]

Фаговая частица состоит из головки (также известной как капсид ), [4] хвоста и хвостовых волокон (см. изображение вируса ниже). Головка содержит двухцепочечный линейный геном ДНК фага . Во время инфекций фаговая частица распознает своего хозяина, E. coli , и связывается с ним, вызывая выброс ДНК из головки фага через хвост в цитоплазму бактериальной клетки. Обычно наступает « литический цикл », во время которого лямбда-ДНК реплицируется и внутри клетки образуются новые фаговые частицы. За этим следует лизис клеток , в результате чего содержимое клетки, включая собранные вирионы, высвобождается в окружающую среду. Однако при определенных условиях ДНК фага может интегрироваться в хромосому клетки-хозяина по лизогенному пути. В этом состоянии ДНК λ называется профагом и остается в геноме хозяина без видимого вреда для хозяина. Хозяин называется лизогеном, когда присутствует профаг. Этот профаг может войти в литический цикл, когда лизоген попадает в стрессовое состояние.

Анатомия

Вирион бактериофага лямбда
Вирион бактериофага лямбда (схема). Показаны названия белков и номера их копий в вирионной частице. Присутствие белков L и M в вирионе до сих пор неясно. [5]

Вирусная частица состоит из головки 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. [5] Все охарактеризованные лямбдоидные фаги обладают механизмом антитерминации транскрипции, опосредованным N-белком, за исключением фага HK022. [6]

Линейная структура генома фага лямбда с основными оперонами, промоторными областями и генами, кодирующими капсид. [5]

Геном содержит 48 502 [7] пар оснований двухцепочечной линейной ДНК с одноцепочечными сегментами по 12 оснований на обоих 5'-концах . [8] Эти два одноцепочечных сегмента представляют собой «липкие концы» так называемого cos- сайта. Сайт cos осуществляет циркуляризацию ДНК в цитоплазме хозяина. Таким образом, в своей кольцевой форме геном фага имеет длину 48 502 пары оснований. [8] Геном лямбда может быть вставлен в хромосому E. coli и тогда называется профагом. Подробности смотрите в разделе ниже.

Хвост лямбда-фагов состоит как минимум из 6 белков (H, J, U, V, Stf, Tfa) и для сборки требуется еще 7 (I, K, L, M, Z, G/T). Этот процесс сборки начинается с белка J, который затем рекрутирует белки I, L, K и G/T для добавления белка H. Как только G и G/T покидают комплекс, белок V может собраться на каркасе J/H. Затем белок U добавляется к головному проксимальному концу хвоста. Белок Z способен соединять хвост с головой. Белок H расщепляется за счет действия белков U и Z. [5]

Жизненный цикл

Инфекционное заболевание

Взаимодействие белка фага J лямбда с порином LamB

Фаг лямбда представляет собой несокращающийся хвостатый фаг, то есть во время инфекции он не может «проталкивать» свою ДНК через мембрану бактериальной клетки. Вместо этого он должен использовать существующий путь для проникновения в клетку-хозяина, развив кончик своего хвоста для взаимодействия с определенной порой, чтобы обеспечить проникновение своей ДНК в хозяев.

  1. Бактериофаг Лямбда связывается с клеткой E. coli посредством белка J в кончике хвоста. Белок J взаимодействует с порином мальтозной наружной мембраны (продуктом гена lamB ) E. coli , [9] молекулой порина, входящей в состав мальтозного оперона.
  2. Геном линейного фага вводится через внешнюю мембрану.
  3. ДНК проходит через маннозопермеазный комплекс во внутренней мембране [10] [11] (кодируемый генами manXYZ) и немедленно циркулирует с использованием сайтов cos , 12-основанных GC-богатых когезивных «липких концов». Концы одноцепочечной вирусной ДНК лигируются ДНК-лигазой хозяина . Обычно не осознается, что когезионные концы лямбда длиной 12 пар оснований были предметом первого прямого нуклеотидного секвенирования биологической ДНК. [6]
Инъекция ДНК фага лямбда в клеточную мембрану с использованием маннозной пермеазы PTS (системы транспорта сахара) как механизма проникновения в цитоплазму.
  1. ДНК-гираза хозяина образует отрицательные суперспирали в кольцевой хромосоме, заставляя богатые АТ области раскручиваться и управлять транскрипцией.
  2. Транскрипция начинается с конститутивных промоторов PL , PR и PR ' , продуцирующих «непосредственно ранние» транскрипты. Сначала они экспрессируют гены N и cro , производя N, Cro и короткий неактивный белок.
События ранней активации с участием белка N
  1. Cro связывается с OR3 , предотвращая доступ к промотору PRM , предотвращая экспрессию гена cI . N связывается с двумя сайтами Nut (утилизация N): одним в гене N в рамке считывания PL и одним в гене cro в рамке считывания PR .
  2. Белок N является антитерминатором и действует, вовлекая транскрибирующую РНК-полимеразу в определенные сайты зарождающейся транскрибируемой мРНК. Когда РНК-полимераза транскрибирует эти области, она рекрутирует N и образует комплекс с несколькими белками Nus хозяина. Этот комплекс пропускает большинство последовательностей терминации. Расширенные транскрипты («поздние ранние» транскрипты) включают гены N и cro , а также гены cII и cIII , а также гены xis , int , O , P и Q , которые обсуждаются позже.
  3. Белок cIII защищает белок cII от протеолиза FtsH (мембраносвязанная незаменимая протеаза E. coli ) , действуя в качестве конкурентного ингибитора. Это ингибирование может вызвать бактериостатическое состояние, способствующее лизогении. cIII также напрямую стабилизирует белок cII. [12]

При первоначальном заражении стабильность cII определяет образ жизни фага; стабильный cII приведет к лизогенному пути, тогда как если cII разлагается, фаг перейдет на литический путь. Известно , что низкая температура, голодание клеток и высокая множественность инфекции (MOI) способствуют лизогении (см. дальнейшее обсуждение). [ нужна цитата ]

N антитерминация

N Антитерминация требует сборки большого рибонуклеопротеинового комплекса для эффективного продления процесса антитерминации, без полного комплекса РНК-полимераза способна обойти только один терминатор [13]

Это происходит без взаимодействия белка N с ДНК; вместо этого белок связывается со свежетранскрибированной мРНК. Ореховые сайты содержат 3 консервативных «коробки», из которых важен только BoxB.

  1. Последовательности РНК boxB расположены близко к 5'-концу транскриптов pL и pR. При транскрипции каждая последовательность образует структуру шпильки, с которой может связываться белок N.
  2. Белок N связывается с boxB в каждом транскрипте и контактирует с транскрибирующей РНК-полимеразой посредством образования петель РНК. Комплекс N-RNAP стабилизируется путем последующего связывания нескольких белков хозяина Nus (вещества, утилизирующего N) (которые включают факторы терминации/антитерминации транскрипции и, как ни странно, субъединицу рибосомы).
  3. Весь комплекс (включая связанный сайт Nut на мРНК) продолжает транскрипцию и может пропускать последовательности терминации.

Литический жизненный цикл

Лизисные бляшки фага лямбда на бактериях E. coli

Это жизненный цикл, которому следует фаг после большинства инфекций, когда белок cII не достигает достаточно высокой концентрации из-за деградации и поэтому не активирует свои промоторы. [ нужна цитата ]

  1. Продолжают писать «поздние ранние» транскрипты, включая xis , int , Q и гены репликации лямбда-генома ( OP ). Кро доминирует в сайте репрессора (см. раздел «Репрессоры»), подавляя синтез промотора PRM ( который является промотором лизогенного цикла).
  2. Белки О и Р инициируют репликацию фаговой хромосомы (см. «Литическая репликация»).
  3. Q, еще один антитерминатор , связывается с сайтами Qut .
  4. Транскрипция с промотора PR ' теперь может распространяться на продукцию мРНК для лизиса, а также белков головы и хвоста.
  5. Структурные белки и фаговые геномы самособираются в новые фаговые частицы.
  6. Продукты генов S , R , Rz и Rz1 вызывают лизис клеток. S — холин , небольшой мембранный белок, который в момент, определяемый последовательностью белка, внезапно проделывает 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 лямбды дикого типа лизис происходит примерно через 50 минут после начала заражения и высвобождает около 100 вирионов.

Правая транскрипция

Правая транскрипция экспрессирует гены O , P и Q. O и P отвечают за инициацию репликации, а Q является еще одним антитерминатором, который обеспечивает экспрессию генов головы, хвоста и лизиса из PR ' . [6]

Pr является промотором правой транскрипции, а ген cro является геном-регулятором. Ген cro будет кодировать белок Cro, который затем будет репрессировать промотор Prm. Как только начнется транскрипция Pr, ген Q будет транскрибироваться на дальнем конце оперона для правосторонней транскрипции. Ген Q — это ген-регулятор, обнаруженный в этом опероне, который будет контролировать экспрессию последующих генов правой транскрипции. Как только регуляторные белки гена допускают экспрессию, белок Q начинает действовать как антитерминатор. Это позволит прочитать остальную часть оперона до тех пор, пока он не достигнет терминатора транскрипции. Это позволяет экспрессировать более поздние гены в опероне и приводит к экспрессии литического цикла. [14]

Было обнаружено, что промотор Pr активирует ориджин при использовании правой транскрипции, но вся картина этого до сих пор несколько неправильно понята. Учитывая, что здесь есть некоторые оговорки, например, этот процесс отличается для других фагов, таких как фаг N15, который может кодировать ДНК-полимеразу. Другой пример: фаг P22 может заменить ген p, который кодирует важный белок репликации, способный кодировать спирали DnaB. [6]

Литическая репликация

  1. В течение первых нескольких циклов репликации лямбда-геном подвергается θ-репликации (от круга к кругу).
  2. Это инициируется в сайте ori , расположенном в гене О. Белок O связывает сайт ori , а белок P связывает субъединицу DnaB механизма репликации хозяина, а также связывает O. Это эффективно контролирует ДНК-полимеразу хозяина.
  3. Вскоре фаг переключается на репликацию по катящемуся кругу, аналогичную той, которую использует фаг М13. ДНК разрезается, и 3'-конец служит праймером. Обратите внимание, что при этом высвобождаются не отдельные копии фагового генома, а скорее одна длинная молекула со многими копиями генома: конкатемер .
  4. Эти конкатемеры расщепляются по своим кос- сайтам при упаковке. Упаковка не может происходить из кольцевой фаговой ДНК, а только из конкатомерной ДНК.

Q-антизавершение

Белок Q модифицирует РНК-полимеразу в промоторной области и рекрутируется в РНК-полимеразу. Белок Q превращается в субъединицу РНК-полимеразы после того, как он рекрутируется в РНКП, и переводит фермент в процессивное состояние. Обратите внимание, что NusA может стимулировать активность белка Q. [13]

Q по своему эффекту подобен N: Q связывается с РНК-полимеразой в сайтах Qut , и образующийся комплекс может игнорировать терминаторы, однако механизм совсем другой; белок Q сначала связывается с последовательностью ДНК, а не с последовательностью мРНК. [15]

  1. Сайт Qut расположен очень близко к промотору PR ' , достаточно близко, чтобы σ-фактор не высвобождался из голофермента РНК-полимеразы. Часть сайта Qut напоминает ящик Прибнова -10 , что заставляет голофермент приостанавливать работу.
  2. Затем белок Q связывается и вытесняет часть σ-фактора, и транскрипция возобновляется.
  3. Гены головы и хвоста транскрибируются, и соответствующие белки самособираются.

Левая транскрипция

Диаграмма, показывающая процесс ретрорегуляции, который дает более высокую концентрацию xis по сравнению с int. Транскрипт мРНК расщепляется бактериальной РНКазой, начиная с расщепленной шпильки на участке sib.

Левая транскрипция экспрессирует гены gam, xis , bar и int . [6] Gam-белки участвуют в рекомбинации. Gam также важен тем, что он препятствует нуклеазе RecBCD хозяина разрушать 3'-концы при репликации по катящемуся кругу. Int и xis представляют собой белки интеграции и удаления, жизненно важные для лизогении. [ нужна цитата ]

Процесс левой транскрипции
  1. Фаг лямбда встраивает хромосому в цитоплазму бактериальной клетки-хозяина.
  2. Фаговая хромосома встраивается в бактериальную хромосому хозяина посредством ДНК-лигазы.
  3. Транскрипция фаговой хромосомы продолжается влево, когда РНК-полимераза хозяина прикрепляется к промоторному сайту pL , что приводит к трансляции гена N.
    1. Ген N действует как регуляторный ген, в результате чего РНК-полимераза не может распознавать сайты терминации трансляции. [16]
Мутации левой транскрипции

Считается, что левая транскрипция приводит к делеционной мутации гена rap , что приводит к отсутствию роста фага лямбда. Это связано с тем, что РНК-полимераза прикрепляется к промоторному сайту pL, а не к промоторному сайту pR. Транскрипция влево приводит к транскрипции бара I и бара II на левом опероне. Бар-положительный фенотип присутствует, когда ген rap отсутствует. Считается, что отсутствие роста фага лямбда происходит из-за чувствительности к температуре, приводящей к ингибированию роста. [17]

xis и int регулирование введения и иссечения
  1. xis и int находятся на одном и том же участке мРНК, поэтому образуются примерно равные концентрации белков xis и int . Это приводит (первоначально) к удалению любых вставленных геномов из генома хозяина.
  2. мРНК промотора PL образует стабильную вторичную структуру со стеблем-петлей в sib- участке мРНК. Это нацелено на 3'-конец ( sib ) мРНК для деградации РНКазы III, что приводит к более низкой эффективной концентрации int- мРНК, чем xis -мРНК (поскольку цистрон int находится ближе к последовательности sib , чем цистрон xis к последовательности sib ). , поэтому наблюдается более высокая концентрация xis , чем int .
  3. Более высокие концентрации xis , чем int, не приводят к вставке или удалению фаговых геномов, что является эволюционно предпочтительным действием - оставление любых предварительно вставленных фаговых геномов вставленными (что снижает конкуренцию) и предотвращение вставки фагового генома в геном обреченного хозяина.

Лизогенный (или лизогенный) жизненный цикл

Лизогенный жизненный цикл начинается, когда белок cI достигает достаточно высокой концентрации, чтобы активировать его промоторы, после небольшого количества инфекций.

  1. Продолжают писать «поздние ранние» транскрипты, включая xis , int , Q и гены репликации лямбда-генома.
  2. Стабилизированный cII способствует транскрипции с промоторов PRE , PI и Pantiq .
  3. Промотор P antiq продуцирует антисмысловую мРНК к сообщению гена Q транскрипта промотора PR , тем самым отключая продукцию Q. Промотор P RE продуцирует антисмысловую мРНК на участке cro транскрипта промотора PR , подавляя выработку cro, и имеет транскрипт гена cI . Это выражается в включении продукции репрессора cI. Промотор P I экспрессирует ген int , что приводит к высоким концентрациям белка Int. Этот int-белок интегрирует ДНК фага в хромосому хозяина (см. «Интеграция профагов»).
  4. Отсутствие Q не приводит к расширению рамки считывания промотора PR ' , поэтому не образуются литические или структурные белки. Повышенные уровни int (намного выше, чем у xis) приводят к вставке лямбда-генома в геном хозяина (см. Диаграмму). Продукция cI приводит к связыванию cI с сайтами OR1 и OR2 в промоторе PR , отключая cro и другую раннюю экспрессию генов. cI также связывается с промотором PL , отключая и там транскрипцию.
  5. Отсутствие cro оставляет сайт OR3 несвязанным, поэтому может происходить транскрипция с промотора PRM , поддерживая уровни cI.
  6. Отсутствие транскрипции с промоторов PL и PR приводит к прекращению дальнейшего образования cII и cIII.
  7. Когда концентрации cII и cIII уменьшаются, транскрипция с P antiq , P RE и PI перестает стимулироваться, поскольку они больше не нужны .
  8. Только промоторы PRM и PR ' остаются активными, первый продуцирует белок cI, а второй - короткий неактивный транскрипт . Геном остается включенным в геном хозяина в спящем состоянии.

Профаг дублируется при каждом последующем делении клетки-хозяина. Гены фага, экспрессируемые в этом состоянии покоя, кодируют белки, которые подавляют экспрессию других генов фага (таких как структурные гены и гены лизиса), чтобы предотвратить вход в литический цикл. Эти репрессивные белки разрушаются, когда клетка-хозяин находится в состоянии стресса, что приводит к экспрессии репрессированных фаговых генов. Стресс может быть вызван голоданием , ядами (например, антибиотиками ) или другими факторами, которые могут повредить или уничтожить хозяина. В ответ на стресс активированный профаг вырезается из ДНК клетки-хозяина одним из недавно экспрессированных генных продуктов и вступает в свой литический путь.

Интеграция профагов

Интеграция фага λ происходит в специальном месте прикрепления в бактериальном и фаговом геноме, называемом att λ . Последовательность бактериального сайта att называется attB между оперонами gal и bio и состоит из частей BOB', тогда как комплементарная последовательность в кольцевом геноме фага называется attP и состоит из частей POP'. Сама интеграция представляет собой последовательный обмен (см. генетическую рекомбинацию ) через соединение Холлидея и требует как фагового белка Int, так и бактериального белка IHF ( фактора хозяина интеграции ). И Int, и IHF связываются с attP и образуют интасому, комплекс ДНК-белок, предназначенный для сайт-специфической рекомбинации фага и ДНК хозяина. Исходная последовательность BOB' изменяется в результате интеграции с BOP'-фаговой ДНК-POB'. ДНК фага теперь является частью генома хозяина. [18]

Поддержание лизогении

Упрощенное представление парадигмы интеграции/иссечения и основных задействованных генов.
Репрессоры лизогена и полимераза связываются с OR1 и рекрутируют OR2, который активирует PRM и выключает PR.

Индукция

Транскрипционное состояние областей промотора PRM и PR во время лизогенного состояния по сравнению с индуцированным ранним литическим состоянием.

Классическая индукция лизогена включала облучение инфицированных клеток УФ-светом. Любая ситуация, когда лизоген подвергается повреждению ДНК или иным образом стимулируется SOS-ответ хозяина, приводит к индукции.

  1. Клетка-хозяин, содержащая спящий фаговый геном, испытывает повреждение ДНК из-за сильного стресса и начинает подвергаться SOS-ответу .
  2. RecA (клеточный белок) обнаруживает повреждение ДНК и активируется. Теперь это RecA*, высокоспецифичная копротеаза.
  3. Обычно RecA* связывает LexA ( репрессор транскрипции ), активируя активность аутопротеазы LexA, которая разрушает репрессор LexA, позволяя производить белки репарации ДНК . В лизогенных клетках этот ответ подавляется, и RecA* стимулирует ауторасщепление cI. Это связано с тем, что cI имитирует структуру LexA в сайте авторасщепления.
  4. Расщепленный cI больше не может димеризоваться и теряет сродство к связыванию ДНК.
  5. Промоторы PR и PL 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 фагового генома при индукции

  1. Геном фага все еще встроен в геном хозяина и требует вырезания для репликации ДНК. Однако участок sib за пределами нормального транскрипта промотора PL больше не включен в эту рамку считывания (см. диаграмму).
  2. Отсутствие домена sib на мРНК промотора PL приводит к отсутствию шпильки на 3'-конце, и транскрипт больше не подвергается деградации РНКазой III.
  3. Новый интактный транскрипт имеет по одной копии как xis , так и int , поэтому образуются примерно равные концентрации белков xis и int.
  4. Равные концентрации xis и int приводят к вырезанию встроенного генома из генома хозяина для репликации и последующего производства фага.

Реактивация множественности и реактивация профагов

Реактивация множественности (MR) — это процесс, при котором несколько вирусных геномов, каждый из которых содержит инактивирующие повреждения генома, взаимодействуют внутри инфицированной клетки с образованием жизнеспособного вирусного генома. Первоначально MR был обнаружен с помощью фага Т4, но впоследствии был обнаружен в фаге λ (а также во многих других бактериальных вирусах и вирусах млекопитающих [19] ). MR фага λ, инактивированного УФ-светом, зависит от рекомбинационной функции либо хозяина, либо инфицирующего фага. [20] Отсутствие обеих систем рекомбинации приводит к потере MR.

Выживаемость фага λ, облученного УФ-излучением, увеличивается, когда хозяин E. coli лизогенен для гомологичного профага - явление, называемое реактивацией профага. [21] Реактивация профага в фаге λ, по-видимому, происходит посредством процесса рекомбинационной репарации, аналогичного процессу MR.

Репрессор

Белковые взаимодействия, которые приводят к литическим или лизогенным циклам фага лямбда.

Репрессор , обнаруженный в фаге лямбда, является ярким примером уровня контроля над экспрессией генов с помощью очень простой системы. Он образует «бинарный переключатель» с двумя генами, которые экспрессируются взаимоисключающе, как это обнаружила Барбара Дж. Мейер . [22]

Визуальное представление связывания тетрамера/октамера репрессора с сайтами операторов L и R фага лямбда (стабильное лизогенное состояние)

Генная система лямбда-репрессора состоит из (слева направо на хромосоме):

Лямбда-репрессор представляет собой самособирающийся димер, также известный как белок cI . [23] Он связывает ДНК по мотиву связывания спираль-поворот-спираль. Он регулирует транскрипцию белка cI и белка Cro.

Жизненный цикл лямбда-фагов контролируется белками cI и Cro. Фаг лямбда останется в лизогенном состоянии, если преобладают белки cI, но перейдет в литический цикл, если преобладают белки cro.

Димер cI может связываться с любым из трех операторов: O R 1, O R 2 и O R 3 в порядке O R 1 > O R 2 > O R 3. Связывание димера cI с O R 1 усиливает связывание. второго димера cI к O R 2, эффект, называемый кооперативностью . Таким образом, O R 1 и O R 2 почти всегда одновременно заняты cI. Однако это не увеличивает сродство между cI и O R 3, которое будет занято только при высокой концентрации cI.

При высоких концентрациях cI димеры также будут связываться с операторами OL 1 и OL 2 (которые находятся более чем на 2 килобайта ниже операторов R). Когда димеры cI связываются с O L 1, O L 2, O R 1 и O R 2, в ДНК индуцируется петля, позволяющая этим димерам связываться вместе с образованием октамера. Это явление называется долгосрочным сотрудничеством . При образовании октамера димеры cI могут совместно связываться с O L 3 и O R 3, подавляя транскрипцию cI. Эта аутонегативная регуляция обеспечивает стабильную минимальную концентрацию молекулы-репрессора и, в случае возникновения сигналов SOS, обеспечивает более эффективную индукцию профагов. [24]

Обзор функций белка

Литический против лизогенного

Схема жизненного цикла умеренного фага, показывающая как литические, так и лизогенные циклы.

Здесь существует важное различие между этими двумя решениями; лизогения и лизис при инфекции, а также продолжающаяся лизогения или лизис профага. Последнее определяется исключительно активацией RecA в SOS-ответе клетки, как подробно описано в разделе индукции. Это также повлияет на первого; клетка, подвергающаяся SOS-ответу, всегда будет лизирована, поскольку белок cI не сможет накапливаться. Однако первоначальное литическое/лизогенное решение об инфекции также зависит от белков cII и cIII.

В клетках с достаточным количеством питательных веществ высока активность протеаз, расщепляющих cII. 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 в качестве конкурентного ингибитора соответствующих протеаз. Это означает, что клетка, «попавшая в беду», т. е. испытывающая недостаток питательных веществ и находящаяся в более спящем состоянии, с большей вероятностью будет лизогенизироваться. Это было бы выбрано потому, что фаг теперь может бездействовать в бактерии до тех пор, пока не наступят лучшие времена, и, таким образом, фаг может создавать больше копий самого себя с доступными дополнительными ресурсами и с более вероятной близостью дальнейших инфекционных клеток.

Полную биофизическую модель для принятия решения о лизисе-лизогении лямбды еще предстоит разработать. Компьютерное моделирование и моделирование позволяют предположить, что случайные процессы во время инфекции приводят к выбору лизиса или лизогении внутри отдельных клеток. [25] Однако недавние эксперименты показывают, что физические различия между клетками, существующие до заражения, предопределяют, будет ли клетка лизироваться или станет лизогеном. [26]

Как генетический инструмент

Фаг лямбда широко использовался в качестве модельного организма и стал отличным инструментом сначала в микробной генетике , а затем и в молекулярной генетике . [27] Некоторые из его применений включают применение в качестве вектора для клонирования рекомбинантной ДНК ; использование сайт-специфической рекомбиназы (int) для перетасовки клонированных ДНК методом шлюза ; [28] и применение его красного оперона , включая белки Red альфа (также называемый «экзо»), бета и гамма, в методе инженерии ДНК, называемом рекомбинированием . Фрагмент ДНК фага лямбда размером 48 т.п.н. не является необходимым для продуктивной инфекции и может быть заменен чужеродной ДНК [29] , которая затем может быть реплицирована фагом. Фаг лямбда легче проникает в бактерии, чем в плазмиды, что делает его полезным вектором, который может либо разрушить ДНК хозяина, либо стать его частью. [30] Фагом лямбда также можно манипулировать и использовать в качестве противораковой вакцины, нацеленной на аспартил (аспарагинил) β-гидроксилазу человека (ASPH, HAAH), которая, как было показано, полезна в случаях гепатоцеллюлярной карциномы у мышей. [31] Фаг лямбда также сыграл важную роль в изучении специализированной трансдукции . [32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Падилья-Санчес V (16 июля 2021 г.). «Структурная модель бактериофага лямбда с атомным разрешением». дои : 10.5281/zenodo.5134493 . Проверено 24 июля 2021 г.
  2. ^ Ледерберг Э. (январь 1950 г.). «Лизогенность штамма Escherichia coli К-12». Бюллетень микробной генетики . 1 :5–8.; за ним следовали Ледерберг Э.М., Ледерберг Дж. (январь 1953 г.). «Генетические исследования лизогенности Escherichia Coli». Генетика . 38 (1): 51–64. дои : 10.1093/генетика/38.1.51. ПМК 1209586 . ПМИД  17247421. 
  3. ^ Гриффитс А, Миллер Дж, Сузуки Д, Левонтин Р, Гелбарт В (2000). Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5. Проверено 19 мая 2017 г.
  4. ^ Ван С., Цзэн Дж., Ван Дж. (апрель 2022 г.). «Структурные основы созревания капсида бактериофага лямбда». Состав . 30 (4): 637–645.е3. дои : 10.1016/j.str.2021.12.009 . PMID  35026161. S2CID  245933331.
  5. ^ abcd Раджагопала С.В., Касьенс С., Уец П. (сентябрь 2011 г.). «Карта взаимодействия белков бактериофага лямбда». БМК Микробиология . 11 : 213. дои : 10.1186/1471-2180-11-213 . ПМК 3224144 . ПМИД  21943085. 
  6. ^ abcde Casjens SR, Hendrix RW (май 2015 г.). «Бактериофаг лямбда: пионер и все еще актуален». Вирусология . 479–480: 310–330. doi :10.1016/j.virol.2015.02.010. ПМК 4424060 . ПМИД  25742714. 
  7. ^ "Фаг эшерихии Лямбда, полный геном" . 6 января 2020 г.
  8. ^ аб Кэмпбелл AM (1996). «Бактериофаги». В Neidhardt FC, Кёртисс Р. (ред.).Escherichia coli и Salmonella typhimurium : клеточная и молекулярная биология . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. OCLC  1156862867.
  9. ^ 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, ответственном за расширение круга хозяев». Журнал бактериологии . 176 (4): 941–947. дои : 10.1128/jb.176.4.941-947.1994. ПМК 205142 . ПМИД  8106335. 
  10. ^ Эрни Б., Занолари Б., Кохер Х.П. (апрель 1987 г.). «Манозопермеаза Escherichia coli состоит из трех различных белков. Аминокислотная последовательность и функция в транспорте сахара, фосфорилировании сахара и проникновении ДНК фага лямбда». Журнал биологической химии . 262 (11): 5238–5247. дои : 10.1016/S0021-9258(18)61180-9 . ПМИД  2951378.
  11. ^ Лю X, Цзэн Дж, Хуан К, Ван Дж (август 2019 г.). «Структура переносчика маннозы бактериальной фосфотрансферазной системы». Клеточные исследования . 29 (8): 680–682. doi : 10.1038/s41422-019-0194-z. ПМК 6796895 . ПМИД  31209249. 
  12. ^ Кобилер О, Рокни А, Оппенгейм AB (апрель 2007 г.). «Фаг лямбда CIII: ингибитор протеазы, регулирующий решение лизис-лизогении». ПЛОС ОДИН . 2 (4): е363. Бибкод : 2007PLoSO...2..363K. дои : 10.1371/journal.pone.0000363 . ПМЦ 1838920 . ПМИД  17426811. 
  13. ^ ab Сантанджело TJ, Арцимович I (май 2011 г.). «Терминация и антитерминация: РНК-полимераза запускает знак остановки». Обзоры природы. Микробиология . 9 (5): 319–329. doi : 10.1038/nrmicro2560. ПМК 3125153 . ПМИД  21478900. 
  14. ^ Томасон LC, Шильц CJ, Court C, Хосфорд CJ, Адамс MC, Чаппи JS, Court DL (октябрь 2021 г.). «Функции бактериофага λ RexA и RexB способствуют переходу от лизогении к литическому росту». Молекулярная микробиология . 116 (4): 1044–1063. дои : 10.1111/mmi.14792. ПМЦ 8541928 . ПМИД  34379857. 
  15. ^ Дейган П., Хохшильд А. (февраль 2007 г.). «Антитерминаторный белок бактериофага лямбдаQ регулирует позднюю экспрессию генов как стабильный компонент комплекса элонгации транскрипции». Молекулярная микробиология . 63 (3): 911–920. дои : 10.1111/j.1365-2958.2006.05563.x . ПМИД  17302807.
  16. ^ Браммар WJ, Хэдфилд С (ноябрь 1984 г.). «Программа построения фага лямбда». Журнал эмбриологии и экспериментальной морфологии . 83 (Приложение): 75–88. ПМИД  6241940.
  17. ^ Гусман П., Гуарнерос Г. (март 1989 г.). «Генетические сайты фага, участвующие в ингибировании роста лямбда рэп-мутантом Escherichia coli». Генетика . 121 (3): 401–409. doi : 10.1093/генетика/121.3.401. ПМК 1203628 . ПМИД  2523838. 
  18. ^ Грот AC, депутат Калоса (январь 2004 г.). «Фаговые интегразы: биология и приложения». Журнал молекулярной биологии . 335 (3): 667–678. дои : 10.1016/j.jmb.2003.09.082. ПМИД  14687564.
  19. ^ Мишод Р.Э., Бернштейн Х., Недельку А.М. (май 2008 г.). «Адаптационное значение пола у микробных патогенов». Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267–285. дои : 10.1016/j.meegid.2008.01.002. ПМИД  18295550.
  20. ^ Хаски RJ (апрель 1969 г.). «Реактивация множественности как тест на функцию рекомбинации». Наука . 164 (3877): 319–320. Бибкод : 1969Sci...164..319H. дои : 10.1126/science.164.3877.319. PMID  4887562. S2CID  27435591.
  21. ^ Бланко М., Деворет Р. (март 1973 г.). «Механизмы восстановления, участвующие в реактивации профагов и УФ-реактивации УФ-облученного фага лямбда». Мутационные исследования . 17 (3): 293–305. дои : 10.1016/0027-5107(73)90001-8. ПМИД  4688367.
  22. ^ "Барбара Дж. Мейер". HHMI интерактивный .
  23. ^ Берц Д.С., Беккет Д., Бенсон Н., Акерс Г.К. (июль 1994 г.). «Самосборка репрессора бактериофага лямбда cI: влияние односайтовых мутаций на равновесие мономер-димер». Биохимия . 33 (28): 8399–8405. дои : 10.1021/bi00194a003. ПМИД  8031775.
  24. ^ Пташне М (2004). Генетический переключатель: новый взгляд на фаг лямбда (3-е изд.). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. п. 112. ИСБН 978-0-87969-716-7.
  25. ^ Аркин А., Росс Дж., МакАдамс Х.Х. (август 1998 г.). «Стохастический кинетический анализ бифуркации путей развития в клетках Escherichia coli, инфицированных фагом лямбда». Генетика . 149 (4): 1633–1648. doi : 10.1093/генетика/149.4.1633. ПМК 1460268 . ПМИД  9691025. 
  26. ^ Сен-Пьер Ф, Энди Д (декабрь 2008 г.). «Определение выбора судьбы клеток во время заражения фагом лямбда». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (52): 20705–20710. Бибкод : 2008PNAS..10520705S. дои : 10.1073/pnas.0808831105 . ПМК 2605630 . ПМИД  19098103. 
  27. ^ Питр, Эммануэль; те Велтуис, Аартжан Дж.В. (01 января 2021 г.), Кэмерон, Крейг Э.; Арнольд, Джейми Дж.; Кагуни, Лори С. (ред.), «Глава четвертая. Понимание репликации и транскрипции вируса с использованием методов одиночных молекул», Ферменты , ферменты репликации вируса и их ингибиторы, часть A, 49 , Academic Press: 83–113, doi : 10.1016. /bs.enz.2021.07.005, PMID  34696840, S2CID  239573473 , получено 28 ноября 2023 г.
  28. ^ Рис-Хойс, Джон С.; Уолхаут, Альберта Дж. М. (01 января 2018 г.). «Шлюзовое рекомбинационное клонирование». Протоколы Колд-Спринг-Харбора . 2018 (1): pdb.top094912. doi : 10.1101/pdb.top094912. ISSN  1940-3402. ПМК 5935001 . ПМИД  29295908. 
  29. ^ Фейс, Майкл; Каталано, Карлос Энрике (2013), «Лямбда-терминаза бактериофага и механизм упаковки вирусной ДНК», База данных биологических наук мадам Кюри [Интернет] , Landes Bioscience , получено 28 ноября 2023 г.
  30. ^ Смит, Джордж П. (1985). «Нитевидный слитый фаг: новые векторы экспрессии, которые отображают клонированные антигены на поверхности вириона». Наука . 228 (4705): 1315–1317. Бибкод : 1985Sci...228.1315S. дои : 10.1126/science.4001944. ISSN  0036-8075. JSTOR  1694587. PMID  4001944.
  31. ^ Ивагами, Ёсифуми; Казулли, Сара; Нагаока, Кацуя; Ким, Миран; Карлсон, Рольф И.; Огава, Косукэ; Лебовиц, Майкл С.; Фуллер, Стив; Бисвас, Бисваджит; Стюарт, Соломон; Донг, Сяоцюнь; Ганбари, Хосейн; Уандс, Джек Р. (2017). «Вакцина на основе лямбда-фага индуцирует противоопухолевый иммунитет при гепатоцеллюлярной карциноме». Гелион . 3 (9): e00407. Бибкод : 2017Heliy...300407I. doi : 10.1016/j.heliyon.2017.e00407 . ПМК 5619992 . ПМИД  28971150. 
  32. ^ «7.14E: Бактериофаг Лямбда как вектор клонирования» . Свободные тексты по биологии . 17 мая 2017 г. Проверено 28 ноября 2023 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с фагом лямбда .
Wikispecies содержит информацию, связанную с Λ-подобными вирусами .