Лизогения На прошлой лекции мы разбирали литические циклы некоторых фагов. Суть

цикла заключается в том, что фаг заражает бактериальную клетку и

размножается в ней, после чего дочерние фаги выходят наружу и заражают новые клетки.

Лизогения – другая модель поведения фагов: в этом случае фаг после заражения «засыпает» в клетке, и не происходит ни размножения фага, ни его элиминации. Чаще всего это достигается либо интеграцией фага в бактериальный геном, либо его репликацией по плазмидному типу.

Профаг – фаг в лизогенном состоянии.

Лизоген – бактерия, в которой находится профаг.

Состояние профага может длиться практически бесконечно и кончается только при угрозе жизни лизогена. В этот момент профаг переходит в фазу литического цикла, размножается и покидает клетку, чтобы заразить новые клетки и там опять перейти в состояние профага.

cos-участкам после попадания в клетку)
48 502 bp

в клетку транскрипция генов фага лямбда начинается с двух промоторов

– pR и pL. Однако же синтезируются очень короткие РНК, поскольку имеются терминаторы транскрипции. Тем не менее, одна РНК кодирует белок N.





Белок N – антитерминатор транскрипции, который связывается с участками nutL и nutR. Это позволяет РНК-полимеразе проскочить терминаторы и транскрибировать дальше.

застревает на терминаторе.





Как только появляется белок N, он связывается

с nutR и с РНК-полимеразой. Образовавшийся комплекс привлекает бактериальные Nus-белки, которые также связываются с РНК-полимеразой. В таком виде фермент может проскочить терминатор и продолжает транскрипцию. В результате этого синтезируются репликационные белки О и Р, после чего начинается фаговая репликация.
После гена Р имеется еще один терминатор, и полимераза его тоже проскакивает, и синтезируется белок Q – антитерминатор транскрипции поздних генов, кодирующих белки головки и хвоста.

для транскрипции поздних генов – на самом деле два промотора,

один из которых перекрывается со стартом транскрипции. Для нормальной транскрипции нужны они оба.

но делает паузу примерно в положении +16.

Короткая РНК, висящая

в РНК-полимеразе, вытесняет субъединицы сигмы 4 и 3.2 из своих положений, оставляя только субъединицу 2. Транскрипция дальше идти не может.

Но тут появляется белок Q, который связывается с участком qut. Это помогает РНК-полимеразе продвинуться вперед, и ее сигмы узнают альтернативные участки -10 и -35 (как бы второй промотор). Дальше транскрипция идет нормально, и белок Q помогает РНК-полимеразе проскочить терминатор (как и в случае белка N).

молекул реплицируются по модели тета-репликации. В это время RC-репликация ингибируется

бактериальной нуклеазой RecBCD по неизвестному механизму. Белок О удерживает вилку в открытом состоянии (аналог бактериального DnaA), а белок Р привлекает бактериальный белок DnaB. После нескольких раундов начинается RC-репликация, потому что приходит белок Gam и ингибирует RecBCD. В результате получаются длинные конкатемеры, которые потом как-то нарезаются.

и СIII, соответственно. CIII – ингибитор бактериальной протеазы, расщепляющей CII.


CII

активирует ряд фаговых промоторов, что приводит, среди прочего, к синтезу белков CI и Int.




CI – репрессор промоторов pR и pL. Транскрипция прекращается, после чего интеграза Int встраивает фаговую ДНК в бактериальную. Наступает лизогения!

между участками attP фага и att B хромосомы (как именно

– узнаем на следующей лекции). В результате фаг в бактериальном геноме фланкирован оперонами gal и bio.

связывается с промоторами pR и pL (в виде димера) и

репрессирует их. В каждом из промоторов есть по два участка связывания для CI. А рядышком с этими двумя участками есть третий участок (в один из которых входит промотор pRM). Однако же пока белка CI мало, эти участки остаются незанятыми димерами CI.А это означает, что промотор pRM открыт, и белка CI синтезируется все больше.



Как только количество CI достигает некоей критической величины, третьи участки связывания становятся им заняты.


В этой ситуации начинают формироваться тетрамеры CI, ДНК изгибается, и никакая транскрипция уже невозможна. Притом если часть белка CI со временем деградирует, первыми освобождаются от него третьи участки связывания, нарабатывается новый белок CI и все опять закругляется.

активируется в случае серьезных повреждений бактериальной ДНК. Это сопряжено с

формированием коротких оц участков ДНК. Они связываются с белком RecA, который в таком виде приобретает способность связаться с CI и активировать его автопротеолиз. В разрезанном виде CI не способен формировать димеры и в результате вообще отваливается от ДНК. Промоторы pR и pL становятся активными, запускается литический цикл.

белок Cro в низких концентрациях связывается с третьим участком связывания

CI, что подавляет транскрипцию последнего. С нарастанием концентрации Cro он занимает все три участка связывания, что исключает вход в лизогению.

концы фаговой ДНК стали «гибридными», и интеграза Int сама по

себе не способна узнать их и осуществить вырезание. В этом ей помогает белок Xis, который связывается с Int. Этот димер и осуществляет вырезание фаговой ДНК, что является необходимой стадией литического цикла.

ДНК в хромосому, идет транскрипция с промотора pL. Поскольку работает

антитерминатор N, транскрипция проскакивает терминатор t и захватывает участок, который в РНК формирует шпильку. Эта шпилька содержит сигнал расщепления для клеточной РНКазы III. После такого расщепления клеточные ферменты съедают всю синтезированную РНК с 3’-конца раньше чем успевает начаться трансляция. Ни Int, ни Xis не синтезируются.
Однако имеется еще промотор pl, находящийся внутри гена xis. Транскрипция с него останавливается на терминаторе t, поскольку транскрипт не содержит участка nutL, и не может произойти антитерминация. Также транскрипт не содержит шпильки и поэтому стабилен. С него синтезируется Int.

Когда фаговая ДНК интегрирована, шпилечный участок и промотор pL находятся в разных ее концах. Поэтому с этого промотора синтезируются и Int, и Xis, что необходимо для вырезания фаговой ДНК.

клетки в клетку случайные участки бактериальной ДНК, специализированная трансдукция –

это перенос только фланкирующих участков. В частности, иногда фаг лямбда вследствие редкой ошибки рекомбинации может захватывать в свой состав gal-оперон.

тут же ингибирует репрессор фага Р2 (аналог СI). Тем самым

индуцируется литический цикл Р2.






При этом белок Sid фага Р4 взаимодействует с белками головки фага Р2 и заставляет их собираться в частицы меньшего размера. ДНК Р2 в них не помещается, а ДНК Р4 отлично помещается!


В результате большинство фаговых частиц, выходящих из лизирующейся клетки, содержат ДНК Р4!

он пытается индуцировать профаг и его переход в литический цикл,

чтобы занять его место в бактериальной хромосоме. Для этого у Р2 есть белок Cox.




Но Р2 не знает о волшебном белке Sid фага Р4! Он синтезируется при индукции и делает ровно то же самое, что и в предыдущем случае. В результате все равно из клетки выходит в основном Р4!

фаг ф325, близкий родственник фага лямбда. При лизогенизации E.coli происходит

лизогенная конверсия за счет белка Stx2. У данного гена есть собственный промотор, хотя и слабый, поэтому с ДНК профага этот белок синтезируется.
Stx2 состоит из двух субъединиц – А и В. Вторая – транспортный белок, связывающийся с рецепторами эндотелиальных клеток и помогающая первой входить внутрь этих клеток. Субъединица А – высокоспецифичная N-гликозилаза, вырезающая из рибосомной РНК один-единственный аденин. Этого, однако, оказывается достаточно, чтобы трансляция в клетке эндотелия прекращалась, и клетка погибла. В результате – дизентерия. А белок Stx2 по-другому называется токсином Шига.
Аналогично происходят дифтерия, холера, синдром токсического шока.