stringtranslate.com

SOS-ответ

SOS-система E. coli : ДНК может быть повреждена сшивающими агентами, УФ-облучением, алкилирующими агентами и т. д. После повреждения RecA, протеаза LexA, обнаруживает поврежденную ДНК и активируется, удаляя ее репрессор. После удаления димерного репрессора LexA экспрессия оперона LexA становится 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 улучшенными возможностями репарации ДНК, включая иссечение и пострепликацию, усиленный мутагенез и индукцию профагов. Система также может подавлять деление клеток и клеточное дыхание. [1]
SOS-ответ был предложен в качестве модели бактериальной эволюции определенных типов устойчивости к антибиотикам . [2]

SOS -ответ — это глобальный ответ на повреждение ДНК , при котором клеточный цикл останавливается и индуцируется репарация ДНК и мутагенез . В системе участвует белок RecA ( Rad51 у эукариот). Белок RecA, стимулируемый одноцепочечной ДНК, участвует в инактивации репрессора ( LexA ) генов SOS-ответа, тем самым индуцируя ответ. Это склонная к ошибкам система восстановления, которая вносит значительный вклад в изменения ДНК, наблюдаемые у широкого круга видов.

Открытие

Ответ SOS был сформулирован Эвелин Уиткин . [3] [4] Позже, охарактеризовав фенотипы мутагенизированной кишечной палочки , она и аспирант Мирослав Радман подробно описали SOS-ответ бактерий на УФ-излучение. [3] [5] SOS-реакция на повреждение ДНК стала плодотворным открытием, поскольку это была первая скоординированная реакция на стресс, которую удалось выяснить. [6]

Механизм

Во время нормального роста гены SOS отрицательно регулируются димерами белка-репрессора LexA . В нормальных условиях LexA связывается с консенсусной последовательностью длиной 20 пар оснований ( SOS-бокс ) в операторной области этих генов. Некоторые из этих SOS-генов экспрессируются на определенных уровнях даже в подавленном состоянии, в зависимости от сродства LexA к их SOS-боксу. Активация генов SOS происходит после повреждения ДНК путем накопления одноцепочечных (оцДНК) областей, образующихся в репликационных вилках, где блокируется ДНК-полимераза . RecA формирует нить вокруг этих областей оцДНК АТФ-зависимым образом и активируется. [7] Активированная форма RecA взаимодействует с репрессором LexA, облегчая самоотщепление репрессора LexA от оператора. [7] [8]

Как только пул LexA уменьшается, репрессия генов SOS снижается в зависимости от уровня сродства LexA к SOS-боксам. [7] Операторы, которые слабо связывают LexA, первыми полностью выражены. Таким образом, LexA может последовательно активировать различные механизмы восстановления. Гены, имеющие слабый SOSbox (такие как lexA , RecA , uvrA , uvrB и uvrD ), полностью индуцируются в ответ даже на слабое SOS-индуцирующее лечение. Таким образом, первым механизмом SOS-восстановления, который необходимо индуцировать, является эксцизионная репарация нуклеотидов (NER), цель которой — исправить повреждение ДНК без обеспечения полноценного SOS-ответа. Однако если NER недостаточно для устранения повреждения, концентрация LexA еще больше снижается, поэтому индуцируется экспрессия генов с более сильными блоками LexA (такими как sulA , umuD , umuC – они экспрессируются поздно). [7] SulA останавливает деление клеток [7] путем связывания с FtsZ , белком-инициатором этого процесса. Это вызывает филаментацию и индукцию UmuDC-зависимой мутагенной репарации. В результате этих свойств некоторые гены могут частично индуцироваться в ответ даже на эндогенные уровни повреждения ДНК, в то время как другие гены, по-видимому, индуцируются только тогда, когда в клетке присутствует сильное или стойкое повреждение ДНК.

Устойчивость к антибиотикам

Исследования показали, что система реагирования SOS может привести к мутациям, которые могут привести к устойчивости к антибиотикам. [9] Повышенная скорость мутаций во время SOS-ответа вызвана тремя ДНК-полимеразами низкой точности : Pol II , Pol IV и Pol V. [10] [9] В настоящее время исследователи нацелены на эти белки с целью создания лекарств, предотвращающих восстановление SOS. Таким образом, время, необходимое патогенным бактериям для развития устойчивости к антибиотикам, может быть увеличено, тем самым улучшая долгосрочную жизнеспособность некоторых антибиотиков. [11]

Помимо генетической устойчивости, SOS-ответ может также способствовать фенотипической устойчивости. Здесь геном сохраняется, в то время как другие негенетические факторы изменяются, чтобы бактерии могли выжить. SOS-зависимая система токсин-антитоксин tisB-istR , например, связана с зависимой от повреждения ДНК индукцией персистерных клеток . [12]

Тестирование на генотоксичность

Обзор использования ответа SOS для тестирования генотоксичности.

У Escherichia coli различные классы агентов, повреждающих ДНК, могут инициировать SOS-ответ, как описано выше. Воспользовавшись преимуществом слияния оперонов, помещающим lac-оперон (ответственный за выработку бета-галактозидазы, белка, расщепляющего лактозу) под контроль SOS-родственного белка, возможен простой колориметрический анализ генотоксичности . К бактериям добавляется аналог лактозы, который затем разлагается под действием бета-галактозидазы, в результате чего образуется окрашенное соединение, количественное измерение которого можно измерить с помощью спектрофотометрии . Степень развития цвета является косвенным показателем вырабатываемой бета-галактозидазы, которая сама по себе напрямую связана с количеством повреждений ДНК.

E. coli дополнительно модифицируется, чтобы иметь ряд мутаций, включая мутацию uvrA, которая делает штамм неспособным к эксцизионной репарации, увеличивая реакцию на определенные агенты, повреждающие ДНК, а также мутацию rfa, которая делает бактерии липополисахаридными. -дефицитный, позволяющий лучше диффузировать определенные химические вещества в клетку, чтобы вызвать SOS-ответ. [13] Доступны коммерческие наборы, которые измеряют первичную реакцию клеток E. coli на генетическое повреждение, и их эффективность может быть тесно связана с тестом Эймса для определенных материалов. [14]

Цианобактерии

Цианобактерии , единственные прокариоты , способные к фотосинтезу с выделением кислорода , являются основными производителями кислородной атмосферы Земли. [15] Морские цианобактерии Prochromococcus и Synechococcus , по-видимому, имеют SOS-систему, подобную E. coli, для восстановления ДНК, поскольку они кодируют гены, гомологичные ключевым SOS-генам E. coli , таким как lexA и sulA . [16]

Дополнительные изображения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Little JW, Mount DW (май 1982 г.). «SOS-регуляторная система кишечной палочки ». Клетка . 29 (1): 11–22. дои : 10.1016/0092-8674(82)90085-X. PMID  7049397. S2CID  12476812.
  2. ^ Мишель Б (июль 2005 г.). «После 30 лет исследований бактериальная SOS-реакция все еще удивляет нас». ПЛОС Биология . 3 (7): е255. doi : 10.1371/journal.pbio.0030255 . ПМЦ 1174825 . ПМИД  16000023.  Значок открытого доступа
  3. ^ аб Фицджеральд, Девон М.; Гастингс, П.Дж.; Розенберг, Сьюзен М. (6 марта 2017 г.). «Стресс-индуцированный мутагенез: последствия рака и лекарственной устойчивости». Ежегодный обзор биологии рака . 1 (1): 119–140. doi : 10.1146/annurev-cancerbio-050216-121919. ISSN  2472-3428. ПМК 5794033 . ПМИД  29399660 . Проверено 6 марта 2023 г. 
  4. ^ Виткин, Э.М. (май 1967 г.). «Радиационная чувствительность Escherichia coli B: гипотеза, связанная с образованием нитей и индукцией профагов». Труды Национальной академии наук . 57 (5): 1275–1279. Бибкод : 1967PNAS...57.1275W. дои : 10.1073/pnas.57.5.1275 . ISSN  0027-8424. ПМК 224468 . ПМИД  5341236. 
  5. ^ Виткин, Э.М. (1976). «Ультрафиолетовый мутагенез и индуцибельная репарация ДНК в Escherichia coli». Бактериологические обзоры . 40 (4): 869–907. дои :10.1128/MMBR.40.4.869-907.1976. ПМК 413988 . ПМИД  795416. 
  6. ^ Радман, М (1975). «Феноменология индуцибельного мутагенного пути репарации ДНК в Escherichia coli : гипотеза SOS-восстановления». Фундаментальные науки о жизни . 5А : 355–367. дои : 10.1007/978-1-4684-2895-7_48. ПМИД  1103845.
  7. ^ abcde Масловска, К.Х.; Макиела-Дзбенска, К.; Фиялковска, IJ (май 2019 г.). «Система SOS: сложный и жестко регулируемый ответ на повреждение ДНК». Экологический и молекулярный мутагенез . 60 (4): 368–384. Бибкод : 2019EnvMM..60..368M. дои : 10.1002/em.22267. ПМК 6590174 . ПМИД  30447030. 
  8. ^ Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (апрель 2004 г.) Принципы биохимии Ленингера, 4-е издание. Нью-Йорк: WH Freeman and Company. страница 1098.
  9. ^ аб Цирц, RT; Чин, Дж. К.; Анды, ДР; Де Креси-Лагард, В.; Крейг, Вашингтон; Ромесберг, FE; и другие. (июнь 2005 г.). «Ингибирование мутаций и борьба с развитием устойчивости к антибиотикам». ПЛОС Биология . 3 (6): е176. дои : 10.1371/journal.pbio.0030176 . ПМЦ 1088971 . ПМИД  15869329.  Значок открытого доступа
  10. ^ Ящур, М; Бертрам, Дж.Г.; Робинсон, А; ван Ойен, AM; Вудгейт, Р.; Кокс, ММ; Гудман, МФ (апрель 2016 г.). «Мутации к худшему или к лучшему: синтез ДНК с низкой точностью с помощью SOS ДНК-полимеразы V - это жестко регулируемый палка о двух концах». Биохимия . 55 (16): 2309–2318. doi : 10.1021/acs.biochem.6b00117. ПМЦ 4846499 . ПМИД  27043933. 
  11. ^ Ли, AM; Росс, Коннектикут; Цзэн, Б.Б.; Синглтон, Сан-Франциско; и другие. (июль 2005 г.). «Молекулярная мишень для подавления развития устойчивости к антибиотикам: ингибирование белка RecA Escherichia coli с помощью N6-(1-нафтил)-АДФ». Журнал медицинской химии . 48 (17): 5408–5411. дои : 10.1021/jm050113z. ПМИД  16107138.
  12. ^ Дорр, Т; Вулич, М; Льюис, К. (февраль 2010 г.). «Ципрофлоксацин вызывает образование персистеров, индуцируя токсин TisB в Escherichia coli». ПЛОС Биология . 8 (2): e1000317. дои : 10.1371/journal.pbio.1000317 . ПМК 2826370 . ПМИД  20186264. 
  13. ^ Quillardet P, Hofnung M (октябрь 1993 г.). «Хромотест SOS: обзор». Мутационные исследования . 297 (3): 235–279. дои : 10.1016/0165-1110(93)90019-J. ПМИД  7692273.
  14. ^ Quillardet P, Hofnung M (июнь 1985 г.). «SOS-хромотест, колориметрический бактериальный анализ генотоксинов: проверочное исследование с 83 соединениями». Мутационные исследования . 147 (3): 79–95. дои : 10.1016/0165-1161(85)90021-4. ПМИД  3923333.
  15. ^ Гамильтон Т.Л., Брайант Д.А., Макалади Дж.Л. Роль биологии в планетарной эволюции: первичная продукция цианобактерий в протерозойских океанах с низким содержанием кислорода. Энвайрон Микробиол. 2016 февраля;18(2):325-40. дои: 10.1111/1462-2920.13118. Epub, 21 декабря 2015 г. PMID: 26549614; PMCID: PMC5019231
  16. ^ Касье-Шова С., Водор Т., Шова Ф. Сравнительная геномика рекомбинации и восстановления ДНК у цианобактерий: биотехнологические последствия. Передняя микробиол. 9 ноября 2016 г.;7:1809. дои: 10.3389/fmicb.2016.01809. ПМИД: 27881980; PMCID: PMC5101192

Внешние ссылки