1.2.2. Генетические механизмы регуляции синтеза ицл

Изучение генетических механизмов регуляции синтеза ИЦЛ показало, что у E.coli ген Icl обнаруживается в ацетатном опероне и регулируется специальным белком репрессором IclR [Phue J. N. Transcription levels of key metabolic genes are the cause for different glucose utilization pathways in E. coli B (BL21) and E. coli K (JM109) / J. N. Phue, J. Shiloach // J. Biotechnol. – 2004. – Vol. 109, №2. – P. 21-30.], [The role of isocitrate lyase and the glyoxylate cycle in Escherichia coli growing under glucose limitation / R. Prasad Maharjan [et. al.] // Res Microbiol. – 2005. – Vol. 156, № 2. – P. 178-183.]. Для S. cerevisiae показано,что инактивация изоцитратлиазы глюкозой связана с последовательностью из 10 аминокислот внутри полипептидной цепи и осуществляется цАМР-зависимой протеинкиназой. Для этих же дрожжей показано, что промоторный участок, необходимый для активации синтеза ИЦЛ, является общим с генами, кодирующими глюконеогенетические ферменты [Studies on the regulation and localization of the glyoxylate cycle enzymes in Saccharomyces cerevisiae / W. Duntze [et. al.] // European Journal of Biochemistry. – 1969. – Vol. 10. – P. 83-89.], [Fernandez E. The ICL1 gene from Saccharomyces cerevisiae / E. Fernandez, F. Moreno, R.J. Rodicio // Biochem. – 1992. – Vol. 204, № 1. – P. 983-990.].

Возможный молекулярный механизм индукции глиоксилатного цикла и интенсификации глконеогенетических процессов в печени заключается в следующем. Показано, что жирные кислоты регулируют метаболизм липидов, активизируя рецепторы пролиферации пероксисом (PPAR), образуя гетеродимер с другим ядерным рецептором – ретиноидом Х (RXR). Рецепторы пролиферации пероксисом – ядерные рецепторы, которые разнообразны по структуре, однако выполняют сходные функции. Активация PPAR/RXR гетеродимера экспрессирует фосфоенолпируват-карбоксикиназный ген посредством связывания с двумя областями, расположенными между 451 – 439 и 999 – 987 п.н., например, в жировом теле грызунов [Епринцев А.Т. Глиоксилатный цикл: универсальный механизм адаптации? / А.Т. Епринцев, В.Н. Попов, М.Ю. Шевченко. – М.: ИКЦ «Академкнига» , 2007. – 228 с.]. Дальнейшее изучение этого вопроса показало, что при выращивании, как эукариот, так и прокариот на среде, содержащей глюкозу, гены, кодирующие глюконеогенетические ферменты, выключены [Identification of the aceA gene encoding isocitrate lyase required for the growth of Pseudomonas aeruginosa on acetate, acyclic terpenes and leucine / A.L. Diaz-Perez [et. al.] // FEMS Microbiol Lett. – 2007. – Vol. 269, № 2. – P. 309-316.]. Однако, при выращивании организмов на среде с каким-либо другим углеродным источником, например, ацетатом, этанолом, лактатом , глицеролом и олеиновой кислотой, гены, кодирующие глюконеогенетические ферменты, экспрессированы, что было названо, соответственно, «репрессия» и «депрессия» глюкозы [Ronne H. Glucose repression in fungi / H. Ronne // Trends Genet. – 1995. – Vol. 11, № 1. – P. 12-17.]. Дальнейшее исследование этого механизма идентифицировало много последовательностей ДНК, названных впоследствии «отзывчивыми элементами к источнику углерода» (CSRE). Под влиянием CSRE экспрессируются изоцитратлиазный, малатсинтазный, фосфоенолпируваткарбоксикиназный, фруктозо-1,6-бис-фосфатазный и другие гены. Глюкоза ингибирует экспрессию гена изоцитратлиазы через две области (801-569 и 421-379 п.н.), причем свободный ацетат увеличивает его транскрипцию через другие две области, расположенные в 728-569 и 370-356. Так, последовательность CSRE была идентифицирована как 5’ CATTCATCCG 3’ [A regulatory factor, Fi11p, involved in derepression of the isocitrate lyase gene in Saccharomyces cerevisiae / T. Kanai [et. al.] // European Journal of Biochemistry. – 2001. – Vol. 256, № 1. – P. 212-220.]. Механизм регуляции активности фермента на транскрипционном уровне, возможно, связан с наличием элементов промотора чувствительных к источнику углерода (CSRE). Так, в промоторе гена ICL1 S. cerevisiae обнаружено два типа CSRE, соответственно осуществляющих позитивную и негативную регуляцию гена. Существуют данные, согласно которым последовательности, сходные с CSRE ICL1, присутствуют в промоторах генов, вовлеченных в глюконеогенез (например, ген FBP1- фруктозобисфосфатазы) [Fernandez E. The ICL1 gene from Saccharomyces cerevisiae / E. Fernandez, F. Moreno, R.J. Rodicio // Biochem. – 1992. – Vol. 204, № 1. – P. 983-990.].

Таким образом, как у прокариот, так и у эукариот гены, кодирующие глюконеогенетические ферменты, скорее регулируются вместе, чем индивидуально и PPAR при этом играют координирующую роль [Ronne H. Glucose repression in fungi / H. Ronne // Trends Genet. – 1995. – Vol. 11, № 1. – P. 12-17.], [Liu F. Bifunctional glyoxylate cycle protein of Caenorhabditis elegans: a developmentally regulated protein of intestine and muscle / F. Liu, J. D. Thatcher, J. M. Barral // Dev. Biol. – 1995. – Vol. 169. – P. 399-414.].