w04.pdf

SESJA 4

REGULACJA EKSPRESJI

GENETYCZNEJ

WYKŁADY

SESJA 4 WYKŁADY

W04-01

REGULACJA EKSPRESJI GENÓW ZWIĄZANYCH Z ASYMILACJĄ SIARKI U BAKTERII

Monika Hryniewicz

Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, Warszawa

Adaptacja bakterii do zmiennych warunków ich naturalnych środowisk wymaga precyzyjnych systemów regula-

cyjnych zapewniających najbardziej ekonomiczne wykorzystanie dostępnych źródeł makro- i mikroelementów.

Asymilacja siarki ze źródeł nieorganicznych (siarczanu, tiosiarczanu, siarczku) przebiega drogą biosyntezy cyste-

iny zarówno u bakterii jelitowych jak i wolnożyjących. Ekspresja genów niezbędnych dla biosyntezy cysteiny (re-

gulonu cys ) jest kontrolowana przez regulator transkrypcyjny CysB. Badania mechanizmu oddziaływania białka

CysB z regionami promotorowymi genów cys pozwoliły na wyjaśnienie obserwowanych in vivo zmian poziomu

ekspresji tych genów w odpowiedzi na obecność induktora (acetyloseryny) oraz rodzaj źródła siarki w podłożu.

Przeprowadzona ostatnio systematyczna analiza funkcjonalna zmutowanych form CysB dostarczyła nowych in-

formacji o mechanizmach działania tego białka jako regulatora transkrypcyjnego: zidetyfikowano domeny CysB

istotne dla wiązania białka z DNA, wiązania induktora oraz prawdopodobny region kontaktu z polimerazą RNA.

E. coli a także bakterie wolnożyjące mają zdolność asymilacji siarki z różnych źródeł organicznych m. in. sulfonia-

nów. Ostatnio zidentyfikowano (u E. coli , B. subtilis oraz Pseudomonas sp .) zespół genów ssi, indukowanych w

warunkach braku siarczanu w środowisku i niezbędnych dla wykorzystania alternatywnych źródeł siarki. Geny te

są regulowane odmiennie niż geny regulonu cys . W kontroli ekspresji genów ssi uczestniczy białko CysB, oraz do-

datkowy, specyficzny regulator transkrypcyjny, białko Cbl. Badania oddziaływania regulatorów CysB i Cbl z re-

gionami promotorowymi genów ssi in vitro wykazały różnorodność mechanizmów aktywacji transkrypcyjnej po-

szczególnych promotorów ssi.

REGULACJA EKSPRESJI GENETYCZNEJ

W04-02

MOLEKULARNE MECHANIZMY AKTYWACJI TRANSKRYPCJI U ESCHERICHIA COLI PRZEZ

BIAŁKO AKTYWATOROWE CRP

Zygmunt Wasylewski

Uniwersytet Jagielloński, Zakład Biochemii Fizycznej, Kraków

Proces regulacji ekspresji genów w komórkach prokariotycznych jak i eukariotycznych zachodzi zwykle poprzez

kontrolęinicjacji transkrypcji. U bakterii proces ten kontrolowany jest zarówno przez białka represorowe jak i

białka aktywatorowe. U Escherichia coli aktywacja transkrypcji przez białko receptorowe wiążące cAMP (CRP)

stanowi prosty model opisujący mechanizm aktywacji transkrypcji. Proces aktywacji związany jest z oddziaływa-

niem allosterycznego efektora jakim jest cAMP z białkiem CRP. Białko CRP jest homologicznym dimerem o masie

45 kDa. Każda z podjednostek zbudowana jest z dwóch strukturalnych domen połączonych giętkim odcinkiem

łańcucha składającego sięz kilku reszt aminokwasowych. Domena N-końcowa wiąże cAMP, natomiast domena

C-końcowa posiada element strukturalny helisa-skręt-helisa (HTH), odpowiadający za rozpoznawanie specyficz-

nych sekwencji promotorowych. Szereg badań w roztworze, w tym także nasze badania szybkiej kinetyki i po-

miary równowagowe z wykorzystaniem jednopunktowych mutein białka CRP, wskazują, iż mechanizm rozpo-

znawania sekwencji promotorowych DNA związany jest z kooperatywną komunikacją pomiędzy domenami

białka CRP. Po związaniu do odpowiednich sekwencji promotorowych białko CRP może oddziaływać z podjed-

nostką a polimerazy RNA (RNAP) aktywując proces inicjacji transkrypcji. Kompleks transkrypcyjny, w którego

skład wchodzą tylko trzy makrocząsteczki jakimi są polimeraza RNA, CRP i promotor DNA jest, jak dotychczas,

najlepiej poznanym i najprostszym kompleksem umożliwiającym proces aktywacji transkrypcji. W zależności od

rodzaju aktywowanych promotorów CRP może oddziaływać poprzez kilka miejsc na swej powierzchni zarówno z

domeną C-końcową jak i z domeną N-końcową podjednostki a polimerazy RNA. Oddziaływanie typu

białko-białko, zachodzące pomiędzy domenami podjednostki a polimerazy RNA i białkiem CRP w istotny sposób

wpływa na stan równowagi pomiędzy kompleksem zamkniętym i otwartym kompleksu RNAP-promotor DNA.

Poznanie mechanizmów oddziaływania po między aktywatorem transkrypcji CRP, polimerazą RNA i promotoro-

wym DNA pozwala na zrozumienie innych, bardziej strukturalnie skomplikowanych kompleksów umożli-

wiających aktywację procesu transkrypcji.

SESJA 4 WYKŁADY

W04-03

MOLEKULARNA I FUNKCJONALNA CHARAKTERYSTYKA GENÓW KONTROLUJĄCYCH

SYNTEZĘ EGZOPOLISACHARYDU RHIZOBIUM LEGUMINOSARUM

Anna Skorupska

Zakład Mikrobiologii Ogólnej, Uniwersytet M. Curie-Skłodowskiej, Lublin

R. leguminosarum syntetyzuje kwaśny, zewnątrzkomórkowy polisacharyd (EPS), który odgrywa istotną rolęw

tworzeniu efektywnych brodawek korzeniowych na koniczynie. Mutanty defektywne w syntezie EPS indukują

niezakażone, lub częściowo zakażone brodawki, w których bakteroidy nie wiążą azotu atmosferycznego. EPS R.

leguminosarum jest polimerem złożonym z ośmiocukrowych podjednostek, w skład których wchodzi galaktoza,

pięć reszt glukozy i dwie reszty kwasu glukuronowego. Cukry są dodatkowo modyfikowane resztami niecukro-

wymi. Biosynteza powtarzającej siępodjednostki EPS odbywa siępoprzez kolejne przeniesienie nukleotydowych

pochodnych cukrów na błonowy nośnik lipidowy, przez swoiste glikozylotransferazy. Skompletowane podjed-

nostki są polimeryzowane i eksportowane na powierzchniękomórki bakteryjnej. Kompletowanie powtarzającej

siępodjednostki EPS R. leguminosarum rozpoczyna sięod przeniesienia glukozo-1-fosforanu z UDP-glukozy na

nośnik izoprenylowy przez glukozylotransferazękodowaną przez gen pssA . W następnych etapach, dwie reszty

kwasu glukuronowego są przenoszone przez glukuronozylotransferazy kodowane przez geny pssC , pssD i pssE

[ Król J., Wielbo J., Mazur A., Kopcińska J., Łotocka B., Golinowski W., Skorupska A. 1998. Mol Plant-Microbe Interact 11,

1142. ] . Dalsze etapy biosyntezy EPS w R. leguminosarum nie zostały opisane. Zsyntetyzowane podjednostki są

polimeryzowane i eksportowane przez białka tworzące system 1 transportu, kodowany przez geny pssN, pssO i

pssP . Wyeksportowany na powierzchniękomórki polimer EPS podlega dalszym modyfikacjom przez glikozylazy

wyprowadzane z komórek Rhizobium przez system transportu zależny od ATP i kodowany przez geny prsD, prsE i

orf3 [ Król J, Skorupska A. 1997. Microbiology 143, 1389. ]. Funkcjęregulacyjną w syntezie EPS pełni przypuszczalnie

gen pssB, którego białkowy produkt wykazuje istotną homologiędo eukariotycznej fosfatazy monofosforanu

inozytolu [ Janczarek M., Król J., Skorupska A. 1999 FEMS Microbiol Lett 173, 319. ]. Białko PssB zarówno w E. coli jakiw

R. leguminosarum funkcjonuje jako fosfataza monofosforanu inozytolu i wpływa na poziom syntezy EPS.

REGULACJA EKSPRESJI GENETYCZNEJ

W04-04

INICJATOROWE BIAŁKO DnaA: AKTYWATOR I REPRESOR TRANSKRYPCJI

Jolanta Zakrzewska-Czerwińska, Jerzy Majka

Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN, Wrocław

Białko DnaA jest inicjatorem procesu replikacji DNA bakterii. DnaA wiąże sięz 9 nukleotydowymi niepalindromo-

wymi sekwencjami zwanymi boksami DnaA. W regionie inicjacji replikacji chromosomu oriC występuje od kilku

do kilkunastu takich sekwencji. U modelowego organizmu Escherichia coli , związanie się10 do 20 cząsteczek

białka DnaA z regionem oriC powoduje rozplecenie DNA w obszarach bogatych w pary A-T. Tworzenie sięregio-

nów DNA o strukturze jednoniciowej umożliwia wprowadzenie do kompleksu inicjacyjnego helikazy DnaB. Od-

bywa się to poprzez bezpośrednie oddziaływanie DnaA z kompleksem białkowym DnaB-DnaC.

Białko DnaA wiąże nukleotydy adenylowe lecz tylko forma białka DnaA ze związanym ATP jest aktywna w proce-

sie replikacji DNA. Postuluje się, że regulacja ekspresji genu dnaA łączy inicjacjęreplikacji DNA z cyklem komórko-

wym bakterii.

Oprócz swej funkcji inicjatora replikacji chromosomu bakteryjnego białko DnaA wiążąc sięz boksami DnaA znaj-

dującymi sięw regionach promotorowych lub sekwencjach kodujących jest również czynnikiem transkrypcyj-

nym. W zależności od usytuowania boksów DnaA w stosunku do promotora białko to może być aktywatorem

bądź represorem transkrypcji genu. Mechanizm aktywacji nie jest znany, postuluje się, że o aktywacji mogą decy-

dować oddziaływania między białkiem DnaA i polimerazą RNA. Nie wyklucza się również wpływu białka DnaA na

wiązanie innych aktywatorów transkrypcyjnych. Oddziaływanie białka z boksami DnaA w sekwencjach ko-

dujących może natomiast powodować terminacjętranskrypcji genów. Podobnie jak w przypadku procesu inicja-

cji replikacji DNA forma występowania białka DnaA (ze związanym ATP bądź ADP) może mieć wpływ na aktyw-

ność białka DnaA jako regulatora transkrypcji.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: