2.5. Перекрывание регулонов и контроль экспрессии гена fur

Белок Fur совместно с другими транскрипционными факторами вовлечен в перекрестную регуляцию многих генов, в том числе генов этих факторов и самого гена fur, что значительно расширяет спектр Fur-зависимых метаболических путей и адаптивных ответов клетки. Контроль экспрессии гена fur, как при его авторегуляции, так и регуляции другими генами, а также в ответ на различные воздействия, в настоящее время активно изучается и представляется сложным и варьирующим у разных объектов. Известно, что недостаток железа стимулирует экспрессию гена fur у большинства энтеробактерий, цианобактерий и грамположительных бактерий. Кроме того, на экспрессию этого гена влияют окислительный стресс, изменение pH, метаболизм углерода и азота. Например, у E. coli активность гена fur определяется взаимодействием многих факторов, основными из которых являются доступность железа и окислительный стресс; при этом главные регуляторы стрессового ответа, OxyR и SoxS, активируют его экспрессию (Zheng et al., 1999). В связи с тесной связью гомеостаза железа с окислительным стрессом у многих организмов белок Fur вовлечен в адаптивный ответ на пероксид водорода через активацию регуляторных генов perR и oxyR. С другой стороны, как в случае S. aureus, зависимый от марганца репрессор PerR наряду с собственным геном контролирует ген fur, а также гены железо-запасающих белков и гены антиоксидантной защиты (Horsburgh et al., 2001). Вместе с тем обнаружено функциональное взаимодействие между белком Fur и белком Crp, который регулирует углеродный метаболизм, взаимосвязанный с метаболизмом железа у E. coli (Zhang et al., 2005). Молекулярно-генетический анализ свидетельствует о взаиморегуляции белка Fur и небольшого белка Crl, обуславливающего сродство белка Fur к промотору собственного гена. Более того, с белком Crl взаимодействует ассоциированный со стрессом голодания сигма-фактор RpoS; поэтому триаду RpoS-Crl-Fur рассматривают в качестве ключевого элемента регуляции общего стрессового ответа (Lelong et al., 2007).

Следует отметить, что зависимость экспрессии гена fur от железа сильно варьирует у разных организмов. Например, у H. pylori ген fur подвержен тонкой регуляции в ответ на содержание железа благодаря наличию в его промоторе трех операторов, с которыми связывается белок Fur. При этом важнейшее значение имеет дистальный оператор, связывающий белок Fur в апо-форме, которая соответственно не несет ион железа и необходима для инициации транскрипции гена fur (Delany et al., 2003). В кислой среде, повышающей растворимость и доступность железа, усиливается авторепрессия этого гена, вследствие чего происходит адаптивная дерепрессия fur-зависимых факторов вирулентности, обуславливающих кислотоустойчивость у H. pylori (Bijlsma et al., 2002). Диаметрально противоположный пример представляет ген fur P. aeruginosa, оба независимых промотора которого не содержат Fur-боксов и не зависят от железа (Vasil, Ochsner, 1999). Практически не зависит от железа экспрессия ортологов fur у двух других грамотрицательных патогенных бактерий Burkholderia pseudomallei (Loprasert et al., 2000) и C. jejuni (van Vliet et al., 2000). Имеются также противоречивые сведения о гене fur холерного вибриона V. cholerae. Согласно одним данным, экспрессия этого гена слабо зависит от железа (Litwin et al., 1992), а согласно другим – при недостатке железа существенно активируется сигма-фактором RpoS (Lee et al., 2003; Lee et al., 2007).

Известны примеры пост-трансляционной модуляции активности белка Fur. Показано, что у нитчатой цианобактерии Anabaena 7120 связывание белков-паралогов FurA и FurB с гемом уменьшает их сродство к ДНК (Lopez-Gomollon et al., 2009; Hernandez et al, 2004). Критичная для функции модификация белка Fur E.coli происходит при нитридном стрессе и заключается в его прямой инактивации из-за связывания кофактора Fe²⁺. Вероятно, комплекс Fe-Fur-NO претерпевает конформационное изменение, благодаря которому димер белка теряет способность связываться с ДНК in vitro. При этом in vivo NO вызывает дерепрессию Fur-регулируемых промоторов (D’Autreaux et al., 2002). Подобный механизм обнаружен и у грамположительных бактерий S. enterica (Crawford et al., 1998), S. aureus и B. subtilis (Richardson et al., 2006), у которых воздействие NO приводит к дерепрессии генов регулона белка Fur, а также к инактивации его железо-зависимого паралога PerR. Следует отметить, что в условиях, способствующих включению марганца в активный центр белка PerR, его регулон становится нечувствительным к NO; это указывает на то, что только в комплексе с железом этот белок является NO-чувствительным (Moore et al., 2004).