stringtranslate.com

фаг лямбда

Структурная модель бактериофага лямбда при атомном разрешении [1]

Фаг энтеробактерий λ ( фаг лямбда , колифаг λ , официально вирус Escherichia Lambda ) — 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 своего хозяина через лизогению , либо входить в литическую фазу, во время которой он убивает и лизирует клетку, производя потомство. Штаммы Lambda, мутировавшие в определенных местах, не способны лизогенизировать клетки; вместо этого они растут и вступают в литический цикл после суперинфекции уже лизогенизированной клетки. [3]

Частица фага состоит из головки (также известной как капсид ), [4] хвоста и хвостовых волокон (см. изображение вируса ниже). Головка содержит двухцепочечный линейный ДНК- геном фага. Во время инфекций частица фага распознает и связывается со своим хозяином, E. coli , в результате чего ДНК в головке фага выбрасывается через хвост в цитоплазму бактериальной клетки. Обычно наступает « литический цикл », в котором лямбда-ДНК реплицируется, и внутри клетки производятся новые фаговые частицы. За этим следует лизис клетки , в результате чего содержимое клетки, включая собранные вирионы, высвобождается в окружающую среду. Однако при определенных условиях ДНК фага может интегрироваться в хромосому клетки-хозяина в лизогенном пути. В этом состоянии ДНК λ называется профагом и остается резидентом 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 их количество копий в частице вириона. Присутствие белков L и M в вирионе пока неясно. [5]

Вирусная частица состоит из головы и хвоста, который может иметь хвостовые волокна. Вся частица состоит из 12–14 различных белков с более чем 1000 молекулами белка в целом и одной молекулой ДНК, расположенной в головке фага. Однако до сих пор не совсем ясно, являются ли белки L и M частью вириона. [5] Все охарактеризованные лямбдоидные фаги обладают механизмом антитерминации транскрипции, опосредованным белком N, 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 12-основными одноцепочечными сегментами на обоих 5'-концах. [8] Эти два одноцепочечных сегмента являются «липкими концами» того, что называется сайтом cos . Сайт cos закольцовывает ДНК в цитоплазме хозяина . Таким образом, в своей кольцевой форме геном фага имеет длину 48 502 пар оснований. [8] Геном лямбда может быть вставлен в хромосому E. coli и тогда называется профагом. Подробности см. в разделе ниже.

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

Жизненный цикл

Инфекция

Взаимодействие белка фага лямбда J с порином LamB

Фаг лямбда — это неконтрактильный хвостатый фаг, то есть во время инфекционного события он не может «проталкивать» свою ДНК через мембрану бактериальной клетки. Вместо этого он должен использовать существующий путь для вторжения в клетку-хозяина, развив кончик своего хвоста для взаимодействия со специфической порой, чтобы позволить своей ДНК проникнуть в хозяев.

  1. Бактериофаг Лямбда связывается с клеткой E. coli посредством своего белка J на ​​кончике хвоста. Белок J взаимодействует с порином наружной мембраны мальтозы (продуктом гена lamB ) E. coli [9] , молекулой порина, которая является частью оперона мальтозы .
  2. Геном линейного фага вводится через внешнюю мембрану.
  3. ДНК проходит через комплекс пермеазы маннозы во внутренней мембране [10] [11] (кодируется генами manXYZ) и немедленно закольцовывается, используя сайты cos , 12-основные GC-богатые связные «липкие концы». Одноцепочечные концы вирусной ДНК лигируются ДНК-лигазой хозяина . Обычно не принимается во внимание, что 12-пн лямбда-связные концы были предметом первого прямого нуклеотидного секвенирования биологической ДНК. [6]
Инъекция ДНК фага лямбда в клеточную мембрану с использованием пермеазы маннозы PTS (системы транспортировки сахара) в качестве механизма проникновения в цитоплазму
  1. ДНК-гираза хозяина создает отрицательные супервитки в кольцевой хромосоме, заставляя богатые АТ области раскручиваться и запускать транскрипцию.
  2. Транскрипция начинается с конститутивных промоторов P L , P R и P R', производящих «немедленные ранние» транскрипты. Сначала они экспрессируют гены N и cro , производя N, Cro и короткий неактивный белок.
Ранние события активации с участием белка N
  1. Cro связывается с OR3 , предотвращая доступ к промотору P RM , предотвращая экспрессию гена cI . N связывается с двумя сайтами Nut (утилизация N), одним в гене N в рамке считывания P L и одним в гене cro в рамке считывания P R.
  2. Белок N является антитерминатором и функционирует, вовлекая транскрибирующую РНК-полимеразу в определенные сайты зарождающейся транскрибируемой мРНК. Когда РНК-полимераза транскрибирует эти регионы, она рекрутирует N и образует комплекс с несколькими белками Nus хозяина. Этот комплекс пропускает большинство терминирующих последовательностей. Расширенные транскрипты («поздние ранние» транскрипты) включают гены N и cro вместе с генами cII и cIII , а также гены xis , int , O , P и Q , которые обсуждаются далее.
  3. Белок cIII защищает белок cII от протеолиза FtsH (связанная с мембраной эссенциальная протеаза E. coli ) , действуя как конкурентный ингибитор. Это ингибирование может вызвать бактериостатическое состояние, которое благоприятствует лизогении. cIII также напрямую стабилизирует белок cII. [12]

При первичном заражении стабильность cII определяет образ жизни фага; стабильный cII приведет к лизогенному пути, тогда как если cII деградирует, фаг перейдет к литическому пути. Известно, что низкая температура, голодание клеток и высокая множественность заражения (MOI) благоприятствуют лизогении (см. дальнейшее обсуждение). [13]

N антитерминация

N Антитерминация требует сборки большого рибонуклеопротеинового комплекса для эффективного продления процесса антитерминации, без полного комплекса РНК-полимераза способна обойти только один терминатор [14]

Это происходит без взаимодействия белка N с ДНК; вместо этого белок связывается с только что транскрибированной мРНК. Ореховые сайты содержат 3 консервативных «ящика», из которых только BoxB является существенным.

  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 через РНК-петлю. Комплекс N-РНКП стабилизируется последующим связыванием нескольких белков хозяина Nus (субстанция утилизации N) (которые включают факторы терминации/антитерминации транскрипции и, как ни странно, субъединицу рибосомы).
  3. Весь комплекс (включая связанный участок Nut на мРНК) продолжает транскрипцию и может пропускать терминирующие последовательности.

Литический жизненный цикл

Лизисные бляшки лямбда-фага на бактериях E. coli

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

  1. Продолжают записываться «поздние ранние» транскрипты, включая xis , int , Q и гены репликации генома лямбда ( OP ). Cro доминирует в сайте репрессора (см. раздел «Репрессор»), подавляя синтез с промотора P RM (который является промоутером лизогенного цикла).
  2. Белки O и P инициируют репликацию фаговой хромосомы (см. «Литическая репликация»).
  3. Q, другой антитерминатор , связывается с сайтами Qut .
  4. Транскрипция с промотора P R' теперь может расширяться для получения мРНК для лизиса и белков головы и хвоста.
  5. Структурные белки и геномы фагов самоорганизуются в новые фаговые частицы.
  6. Продукты генов S , R , Rz и Rz1 вызывают лизис клеток. S — это холин , небольшой мембранный белок, который в определенное последовательностью белка время внезапно проделывает отверстия в мембране. R — это эндолизин , фермент, который выходит через отверстия S и расщепляет клеточную стенку. Rz и Rz1 — это 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 заражения и высвобождает около 100 вирионов.

Правосторонняя транскрипция

Правосторонняя транскрипция экспрессирует гены O , P и Q. O и P отвечают за инициацию репликации, а Q является еще одним антитерминатором, который позволяет экспрессировать гены головы, хвоста и лизиса из P R' . [6]

Pr является промотором для правосторонней транскрипции, а ген cro является регуляторным геном. Ген cro будет кодировать белок Cro, который затем будет подавлять промотор Prm. Как только транскрипция Pr начнется, ген Q будет транскрибироваться на дальнем конце оперона для правосторонней транскрипции. Ген Q является регуляторным геном, обнаруженным в этом опероне, который будет контролировать экспрессию более поздних генов для правосторонней транскрипции. Как только регуляторные белки гена разрешат экспрессию, белок Q будет действовать как антитерминатор. Это затем позволит остальной части оперона быть прочитанной до тех пор, пока она не достигнет терминатора транскрипции. Таким образом, позволяя экспрессию более поздних генов в опероне и приводя к экспрессии литического цикла. [15]

Было обнаружено, что промоутер Pr активирует начало при использовании правосторонней транскрипции, но вся картина этого все еще несколько не понята. Учитывая, что есть некоторые оговорки, например, этот процесс отличается для других фагов, таких как фаг N15, который может кодировать ДНК-полимеразу. Другим примером является фаг P22, который может заменить ген p, который кодирует необходимый репликационный белок для чего-то, что способно кодировать спирали DnaB. [6]

Литическая репликация

  1. В течение первых нескольких циклов репликации геном лямбда подвергается θ-репликации (круг-к-кругу).
  2. Это инициируется на сайте ori , расположенном в гене O. Белок O связывается с сайтом ori , а белок P связывается с субъединицей DnaB репликативного аппарата хозяина, а также связывает O. Это эффективно управляет ДНК-полимеразой хозяина.
  3. Вскоре фаг переключается на репликацию по принципу катящегося кольца , похожую на ту, что используется фагом M13. ДНК надрезается, а 3'-конец служит праймером. Обратите внимание, что это не высвобождает отдельные копии генома фага, а скорее одну длинную молекулу со многими копиями генома: конкатемер .
  4. Эти конкатемеры расщепляются на своих cos -сайтах по мере упаковки. Упаковка не может происходить из кольцевой фаговой ДНК, только из конкатомерной ДНК.

Q антитерминация

Q-белок модифицирует РНК-полимеразу в области промотора и рекрутируется в РНК-полимеразу. Q-белок превращается в субъединицу РНК-полимеразы после рекрутирования в РНК-полимеразу и модифицирует фермент в процессивное состояние. Обратите внимание, что NusA может стимулировать активность Q-белка. [14]

Q похож на N по своему эффекту: Q связывается с РНК-полимеразой в сайтах Qut , и полученный комплекс может игнорировать терминаторы, однако механизм сильно отличается; белок Q сначала связывается с последовательностью ДНК, а не с последовательностью мРНК. [16]

  1. Сайт Qut расположен очень близко к промотору P R' , достаточно близко, чтобы фактор σ не высвободился из РНК-полимеразного голофермента. Часть сайта Qut напоминает -10 Pribnow box , заставляя голофермент приостанавливаться.
  2. Затем белок Q связывается и вытесняет часть σ-фактора, и транскрипция возобновляется.
  3. Гены головы и хвоста транскрибируются, и соответствующие белки самоорганизуются.

Левосторонняя транскрипция

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

Левосторонняя транскрипция экспрессирует гены gam, xis , bar и int . [6] Белки Gam участвуют в рекомбинации. Gam также важен тем, что он ингибирует нуклеазу хозяина RecBCD от деградации 3'-концов в репликации катящегося кольца. Int и xis являются белками интеграции и вырезания, жизненно важными для лизогении. [ необходима цитата ]

Процесс левосторонней транскрипции
  1. Фаг лямбда вставляет хромосому в цитоплазму бактериальной клетки хозяина.
  2. Хромосома фага вставляется в хромосому бактерии-хозяина с помощью ДНК-лигазы.
  3. Транскрипция фаговой хромосомы продолжается влево, когда РНК-полимераза хозяина присоединяется к промоторному сайту p L, что приводит к трансляции гена N.
    1. Ген N действует как регуляторный ген, который приводит к тому, что РНК-полимераза неспособна распознавать сайты терминации трансляции. [17]
Мутации левой транскрипции

Считается, что левосторонняя транскрипция приводит к делеционной мутации гена rap , что приводит к отсутствию роста фага лямбда. Это происходит из-за того, что РНК-полимераза прикрепляется к участку промотора pL вместо участка промотора pR. Левосторонняя транскрипция приводит к транскрипции bar I и bar II на левом опероне. Положительный фенотип bar присутствует, когда ген rap отсутствует. Считается, что отсутствие роста фага лямбда происходит из-за температурной чувствительности, что приводит к ингибированию роста. [18]

регуляция вставки и вырезания xis и int
  1. xis и int находятся на одном и том же участке мРНК, поэтому производятся приблизительно равные концентрации белков xis и int . Это приводит (первоначально) к вырезанию любых вставленных геномов из генома хозяина.
  2. мРНК из промотора P L образует стабильную вторичную структуру со стеблем-петлей в сиб -секции мРНК. Это нацеливает 3' ( sib ) конец мРНК на деградацию РНКазой III, что приводит к более низкой эффективной концентрации мРНК int , чем мРНК xis (поскольку цистрон int находится ближе к сиб -последовательности, чем цистрон xis к сиб -последовательности), поэтому наблюдается более высокая концентрация xis , чем int .
  3. Более высокие концентрации xis , чем int, приводят к отсутствию вставки или вырезанию фаговых геномов, что является эволюционно благоприятным действием — сохранением любых предварительно вставленных фаговых геномов (тем самым снижая конкуренцию) и предотвращением вставки фагового генома в геном обреченного хозяина.

Лизогенный (или лизеногенный) жизненный цикл

Лизогенный жизненный цикл начинается, как только белок cI достигает достаточно высокой концентрации для активации своих промоутеров после небольшого числа инфекций.

  1. Продолжается запись «поздних ранних» транскриптов, включая xis , int , Q и гены репликации генома лямбда.
  2. Стабилизированный cII стимулирует транскрипцию с промоторов P RE , P I и P antiq .
  3. Промотор P antiq производит антисмысловую мРНК к сообщению гена Q транскрипта промотора P R , тем самым выключая производство Q. Промотор P RE производит антисмысловую мРНК к участку cro транскрипта промотора P R , снижая производство cro, и имеет транскрипт гена cI . Он экспрессируется, включая производство репрессора cI. Промотор P I экспрессирует ген int , что приводит к высоким концентрациям белка Int. Этот белок int интегрирует ДНК фага в хромосому хозяина (см. «Интеграция профага»).
  4. Отсутствие Q приводит к отсутствию расширения рамки считывания промотора P R' , поэтому не производится никаких литических или структурных белков. Повышенные уровни int (гораздо выше, чем у xis) приводят к вставке генома лямбда в геном хозяина (см. диаграмму). Продукция cI приводит к связыванию cI с сайтами OR1 и OR2 в промоторе P R , отключая экспрессию cro и других ранних генов. cI также связывается с промотором P L , отключая там транскрипцию.
  5. Отсутствие cro оставляет сайт OR3 несвязанным, поэтому может происходить транскрипция с промотора P RM , поддерживая уровни cI.
  6. Отсутствие транскрипции с промоторов P L и P R приводит к отсутствию дальнейшего образования cII и cIII.
  7. По мере снижения концентраций cII и cIII транскрипция с P antiq , P RE и P I перестает стимулироваться, поскольку они больше не нужны.
  8. Только промоторы P RM и P R' остаются активными, первый производит белок cI, а второй - короткий неактивный транскрипт. Геном остается встроенным в геном хозяина в состоянии покоя.

Профаг дублируется с каждым последующим делением клетки хозяина. Гены фага, экспрессируемые в этом состоянии покоя, кодируют белки, которые подавляют экспрессию других генов фага (таких как структурные и лизисные гены), чтобы предотвратить вход в литический цикл. Эти репрессивные белки разрушаются, когда клетка хозяина находится в состоянии стресса, что приводит к экспрессии репрессированных генов фага. 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 продуктов гена и входит в его литический путь.

Интеграция профага

Интеграция фага λ происходит в специальном месте прикрепления в бактериальных и фаговых геномах, 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 ( фактор интеграции хозяина ). Как Int, так и IHF связываются с attP и образуют интасому, комплекс ДНК-белок, предназначенный для сайт-специфической рекомбинации ДНК фага и хозяина. Исходная последовательность BOB' изменяется в результате интеграции на BOP'-фаговая ДНК-POB'. Теперь ДНК фага является частью генома хозяина. [19]

Поддержание лизогении

Упрощенное представление парадигмы интеграции/исключения и основных задействованных генов.
Репрессоры лизогена и полимераза связываются с OR1 и активируют OR2, который активирует PRM и отключает PR.

Индукция

Транскрипционное состояние промоторных областей P RM и P R во время лизогенного состояния по сравнению с индуцированным ранним литическим состоянием.

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

  1. Клетка-хозяин, содержащая геном спящего фага, испытывает повреждение ДНК из-за сильного стресса и начинает реагировать SOS .
  2. RecA (клеточный белок) обнаруживает повреждение ДНК и активируется. Теперь это RecA*, высокоспецифичная ко-протеаза.
  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 перехватывается, и RecA* стимулирует авторасщепление cI. Это происходит потому, что cI имитирует структуру LexA в месте авторасщепления.
  4. Расщепленный cI больше не может димеризоваться и теряет способность связываться с ДНК.
  5. Промоторы P R и P L 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 SOS-ответе. Экспрессия LexA приводит к ингибированию различных генов, включая LexA.

Контроль вырезания генома фага при индукции

  1. Геном фага все еще встроен в геном хозяина и требует вырезания для репликации ДНК. Однако секция сибса за пределами транскрипта нормального промотора P L больше не включена в эту рамку считывания (см. диаграмму).
  2. Отсутствие родственного домена на мРНК промотора P L приводит к отсутствию шпильковой петли на 3'-конце, и транскрипт больше не подвергается деградации РНКазой III.
  3. Новый неповрежденный транскрипт содержит по одной копии xis и int , поэтому продуцируются приблизительно равные концентрации белков xis и int.
  4. Равные концентрации xis и int приводят к вырезанию вставленного генома из генома хозяина для репликации и последующего производства фага.

Реактивация множественности и реактивация профага

Реактивация множественности (MR) — это процесс, при котором множественные вирусные геномы, каждый из которых содержит инактивирующее повреждение генома, взаимодействуют внутри инфицированной клетки, образуя жизнеспособный вирусный геном. MR был первоначально обнаружен у фага T4, но впоследствии был обнаружен у фага λ (а также у множества других бактериальных и млекопитающих вирусов [20] ). MR фага λ, инактивированного УФ-светом, зависит от функции рекомбинации либо хозяина, либо заражающего фага. [21] Отсутствие обеих систем рекомбинации приводит к потере MR.

Выживаемость облученного УФ-излучением фага λ увеличивается, когда хозяин E. coli является лизогенным для гомологичного профага, явление, называемое реактивацией профага. [22] Реактивация профага в фаге λ, по-видимому, происходит посредством процесса рекомбинационной репарации, аналогичного процессу MR.

Репрессор

Взаимодействие белков, приводящее к литическому или лизогенному циклам для фага лямбда

Репрессор , обнаруженный в фаге лямбда, является ярким примером уровня контроля, возможного над экспрессией генов с помощью очень простой системы. Он образует «бинарный переключатель» с двумя генами, находящимися под взаимоисключающей экспрессией, как обнаружила Барбара Дж. Мейер . [23]

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

Система генов-репрессоров лямбда состоит из (слева направо на хромосоме):

Лямбда-репрессор — это самоорганизующийся димер, также известный как белок cI . [24] Он связывает ДНК в мотиве связывания спираль-поворот-спираль. Он регулирует транскрипцию белка cI и белка Cro.

Жизненный цикл фагов лямбда 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 с 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, который будет занят только при высокой концентрации cI.

При высоких концентрациях cI димеры также будут связываться с операторами O L 1 и O L 2 (которые находятся более чем в 2 кб 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, образуя октамер. Это явление называется дальнодействующей кооперативностью . После образования октамера димеры cI могут кооперативно 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 профага. [25]

Обзор функций белка

Литический против лизогенного

Схема жизненного цикла умеренного фага, показывающая как литический, так и лизогенный циклы.

Важное различие здесь заключается в том, что есть два решения: лизогения и лизис при инфекции и продолжающаяся лизогения или лизис от профага. Последнее определяется исключительно активацией RecA в SOS-ответе клетки, как подробно описано в разделе об индукции. Первое также будет затронуто этим; клетка, подвергающаяся SOS-ответу, всегда будет лизироваться, поскольку белок cI не сможет накапливаться. Однако первоначальное литическое/лизогенное решение при инфекции также зависит от белков cII и cIII.

В клетках с достаточным количеством питательных веществ активность протеазы высока, что разрушает 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 как конкурентный ингибитор соответствующих протеаз. Это означает, что клетка «в беде», т. е. испытывающая недостаток питательных веществ и находящаяся в более спящем состоянии, с большей вероятностью лизогенизируется. Это было бы выбрано, потому что фаг теперь может находиться в спящем состоянии в бактерии, пока не наступят лучшие времена, и поэтому фаг может создавать больше копий себя с дополнительными доступными ресурсами и с более вероятной близостью других заражаемых клеток.

Полная биофизическая модель для решения лямбда-лизиса-лизогении еще не разработана. Компьютерное моделирование и имитация показывают, что случайные процессы во время инфекции управляют выбором лизиса или лизогении в отдельных клетках. [26] Однако недавние эксперименты показывают, что физические различия между клетками, которые существуют до заражения, предопределяют, будет ли клетка лизироваться или станет лизогеном. [27]

Как генетический инструмент

Фаг лямбда активно использовался в качестве модельного организма и был превосходным инструментом сначала в микробной генетике , а затем и в молекулярной генетике . [28] Некоторые из его применений включают его применение в качестве вектора для клонирования рекомбинантной ДНК ; использование его сайт-специфической рекомбиназы (int) для перетасовки клонированных ДНК методом шлюза ; [29] и применение его оперона Red , включая белки Red альфа (также называемые «экзо»), бета и гамма в методе ДНК-инженерии, называемом рекомбинацией . Фрагмент ДНК фага лямбда размером 48 кб не является необходимым для продуктивной инфекции и может быть заменен чужеродной ДНК, [30] которая затем может быть реплицирована фагом. Фаг лямбда проникает в бактерии легче, чем плазмиды, что делает его полезным вектором, который может либо разрушить, либо стать частью ДНК хозяина. [31] Фаг лямбда также можно обрабатывать и использовать в качестве противораковой вакцины, которая нацелена на человеческую аспартил (аспарагинил) β-гидроксилазу (ASPH, HAAH), которая, как было показано, полезна в случаях гепатоцеллюлярной карциномы у мышей. [32] Фаг лямбда также имел большое значение в изучении специализированной трансдукции . [33]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Падилла-Санчес V (16.07.2021). "Структурная модель бактериофага лямбда при атомном разрешении". doi :10.5281/zenodo.5134493 . Получено 24.07.2021 .
  2. ^ Ледерберг Э. (январь 1950 г.). «Лизогенность штамма Escherichia coli K-12». Бюллетень микробной генетики . 1 : 5–8.; затем Lederberg EM, Lederberg J (январь 1953 г.). «Генетические исследования лизогенности в Escherichia Coli». Genetics . 38 (1): 51–64. doi :10.1093/genetics/38.1.51. PMC 1209586 . PMID  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. Получено 19 мая 2017 г.
  4. ^ Wang C, Zeng J, Wang J (апрель 2022 г.). «Структурная основа созревания капсида бактериофага лямбда». Структура . 30 (4): 637–645.e3. doi : 10.1016/j.str.2021.12.009 . PMID  35026161. S2CID  245933331.
  5. ^ abcd Rajagopala SV, Casjens S, Uetz P (сентябрь 2011 г.). "Карта взаимодействия белков бактериофага лямбда". BMC Microbiology . 11 : 213. doi : 10.1186/1471-2180-11-213 . PMC 3224144. PMID  21943085 . 
  6. ^ abcde Casjens SR, Hendrix RW (май 2015 г.). «Бактериофаг лямбда: ранний пионер и все еще актуальный». Вирусология . 479–480: 310–330. doi :10.1016/j.virol.2015.02.010. PMC 4424060. PMID  25742714 . 
  7. ^ "Escherichia phage Lambda, полный геном". 6 января 2020 г.
  8. ^ ab Campbell AM (1996). «Бактериофаги». В Neidhardt FC, Curtiss R (ред.).Escherichia coli и Salmonella typhimurium : клеточная и молекулярная биология . Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. OCLC  1156862867.
  9. ^ Werts C, Michel V, Hofnung M, Charbit A (февраль 1994 г.). «Адсорбция бактериофага лямбда на белке LamB Escherichia coli K-12: точечные мутации в гене J лямбда, ответственные за расширенный диапазон хозяев». Журнал бактериологии . 176 (4): 941–947. doi :10.1128/jb.176.4.941-947.1994. PMC 205142. PMID  8106335 . 
  10. ^ Erni B, Zanolari B, Kocher HP (апрель 1987 г.). «Маннозная пермеаза 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. doi : 10.1016/S0021-9258(18)61180-9 . PMID  2951378.
  11. ^ Liu X, Zeng J, Huang K, Wang J (август 2019). «Структура транспортера маннозы бактериальной фосфотрансферазной системы». Cell Research . 29 (8): 680–682. doi :10.1038/s41422-019-0194-z. PMC 6796895 . PMID  31209249. 
  12. ^ Kobiler O, Rokney A, Oppenheim AB (апрель 2007 г.). "Фаг лямбда CIII: ингибитор протеазы, регулирующий решение о лизисе-лизогении". PLOS ONE . ​​2 (4): e363. Bibcode :2007PLoSO...2..363K. doi : 10.1371/journal.pone.0000363 . PMC 1838920 . PMID  17426811. 
  13. ^ Хенкин, Тина М.; Питерс, Джозеф Э. (2020). «Бактериофаги и трансдукция». Молекулярная генетика бактерий Снайдера и Чампнесса (Пятое изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 293–294. ISBN 9781555819750.
  14. ^ ab Santangelo TJ, Artsimovitch I (май 2011 г.). «Терминация и антитерминация: РНК-полимераза проходит стоп-сигнал». Nature Reviews. Microbiology . 9 (5): 319–329. doi :10.1038/nrmicro2560. PMC 3125153. PMID 21478900  . 
  15. ^ Thomason LC, Schiltz CJ, Court C, Hosford CJ, Adams MC, Chappie 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. doi :10.1111/mmi.14792. PMC 8541928. PMID  34379857 . 
  16. ^ Deighan P, Hochschild A (февраль 2007 г.). «Антитерминаторный белок бактериофага lambdaQ регулирует позднюю экспрессию генов как стабильный компонент комплекса удлинения транскрипции». Молекулярная микробиология . 63 (3): 911–920. doi : 10.1111/j.1365-2958.2006.05563.x . PMID  17302807.
  17. ^ Brammar WJ, Hadfield C (ноябрь 1984). «Программа для построения лямбда-фага». Журнал эмбриологии и экспериментальной морфологии . 83 (Suppl): 75–88. PMID  6241940.
  18. ^ Гусман П., Гуарнерос Г. (март 1989 г.). «Генетические сайты фага, участвующие в ингибировании роста лямбда мутантом Escherichia coli rap». Генетика . 121 (3): 401–409. doi :10.1093/genetics/121.3.401. PMC 1203628. PMID  2523838 . 
  19. ^ Groth AC, Calos MP (январь 2004 г.). «Фаговые интегразы: биология и применение». Журнал молекулярной биологии . 335 (3): 667–678. doi :10.1016/j.jmb.2003.09.082. PMID  14687564.
  20. ^ Michod RE, Bernstein H, Nedelcu AM (май 2008 г.). «Адаптивное значение пола у микробных патогенов». Инфекция, генетика и эволюция . 8 (3): 267–285. doi :10.1016/j.meegid.2008.01.002. PMID  18295550.
  21. ^ Huskey RJ (апрель 1969). «Реактивация множественности как тест на функцию рекомбинации». Science . 164 (3877): 319–320. Bibcode :1969Sci...164..319H. doi :10.1126/science.164.3877.319. PMID  4887562. S2CID  27435591.
  22. ^ Blanco M, Devoret R (март 1973). «Механизмы восстановления, участвующие в реактивации профага и УФ-реактивации УФ-облученного фага лямбда». Mutation Research . 17 (3): 293–305. doi :10.1016/0027-5107(73)90001-8. PMID  4688367.
  23. ^ "Барбара Дж. Мейер". HHMI Interactive .
  24. ^ Burz DS, Beckett D, Benson N, Ackers GK (июль 1994 г.). «Самосборка репрессора бактериофага лямбда cI: влияние мутаций в одном сайте на равновесие мономер-димер». Biochemistry . 33 (28): 8399–8405. doi :10.1021/bi00194a003. PMID  8031775.
  25. ^ Ptashne M (2004). Генетический переключатель: фаг лямбда снова (3-е изд.). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. стр. 112. ISBN 978-0-87969-716-7.
  26. ^ Arkin A, Ross J, McAdams HH (август 1998 г.). «Стохастический кинетический анализ бифуркации пути развития в клетках Escherichia coli, инфицированных фагом лямбда». Genetics . 149 (4): 1633–1648. doi :10.1093/genetics/149.4.1633. PMC 1460268 . PMID  9691025. 
  27. ^ St-Pierre F, Endy D (декабрь 2008 г.). «Определение выбора судьбы клеток во время инфекции фагом лямбда». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (52): 20705–20710. Bibcode : 2008PNAS..10520705S. doi : 10.1073/pnas.0808831105 . PMC 2605630. PMID  19098103 . 
  28. ^ Pitre, Emmanuelle; te Velthuis, Aartjan JW (2021-01-01), Cameron, Craig E.; Arnold, Jamie J.; Kaguni, Laurie S. (ред.), "Глава четвертая - Понимание вирусной репликации и транскрипции с использованием методов одиночных молекул", The Enzymes , Viral Replication Enzymes and their Inhibitors Part A, 49 , Academic Press: 83–113, doi : 10.1016/bs.enz.2021.07.005, PMID  34696840, S2CID  239573473 , получено 28 ноября 2023 г.
  29. ^ Reece-Hoyes, John S.; Walhout, Albertha JM (2018-01-01). "Gateway Recombinational Cloning". Cold Spring Harbor Protocols . 2018 (1): pdb.top094912. doi :10.1101/pdb.top094912. ISSN  1940-3402. PMC 5935001. PMID 29295908  . 
  30. ^ Фейсс, Майкл; Каталано, Карлос Энрике (2013), «Лямбда-терминаза бактериофага и механизм упаковки вирусной ДНК», База данных Madame Curie Bioscience [Интернет] , Landes Bioscience , получено 28 ноября 2023 г.
  31. ^ Смит, Джордж П. (1985). «Нитчатый слитый фаг: новые векторы экспрессии, которые отображают клонированные антигены на поверхности вириона». Science . 228 (4705): 1315–1317. Bibcode :1985Sci...228.1315S. doi :10.1126/science.4001944. ISSN  0036-8075. JSTOR  1694587. PMID  4001944.
  32. ^ Ивагами, Ёсифуми; Касулли, Сара; Нагаока, Кацуя; Ким, Миран; Карлсон, Рольф И.; Огава, Косуке; Лебовиц, Майкл С.; Фуллер, Стив; Бисвас, Бисваджит; Стюарт, Соломон; Донг, Сяокун; Ганбари, Хоссейн; Вандс, Джек Р. (2017). «Вакцина на основе лямбда-фага индуцирует противоопухолевый иммунитет при гепатоцеллюлярной карциноме». Heliyon . 3 (9): e00407. Bibcode :2017Heliy...300407I. doi : 10.1016/j.heliyon.2017.e00407 . PMC 5619992 . PMID  28971150. 
  33. ^ "7.14E: Бактериофаг Лямбда как вектор клонирования". Biology LibreTexts . 2017-05-17 . Получено 2023-11-28 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Фаг Лямбда .
На Wikispecies имеется информация, связанная с Λ-подобными вирусами .