Sos-оперон у e.Coli
|
|
O |
uvrA |
uvrB |
UvrC |
uvrD |
LexA |
RecA |
Другие гены |
umuC |
umuD |
Терми- натор |
P
Рис. 4.4. Регуляторные участки и наиболее значимые гены в SOS-опероне у E.coli
Подтверждением существования SOS-репарации являетсяреактивация Уэйгла, обнаруженная у бактериофагов. Уэйглом было установлено, что УФ-облученный фаг может размножаться только в облученных клетках бактерий, у которых уже включиласьSOS-система репарации. Собственных репаративных ферментов фаг не имеет, поэтому без индукции репаративных ферментов у клетки-хозяина он не в состоянии «исправить» свою поврежденную ДНК.
Есть и другие системы SOS-репарации, которые работают по исправлению мутаций, вызванных алкилирующими мутагенами. Оказалось, что активированная метилтрансфераза, т.е. отобравшая алкильную группу от мутантного нуклеотида, служит активатором транскрипции ряда генов – своего собственного и гена кодирующего ДНК-N-гликозилазу, специфичную к алкилированным основаниям (см. «Прямая реактивация»).
III. Пострепликативная репарация (рекомбинационная)
Этот тип репарации включается в том случае, если другие репаративные системы (MR-система, прямая, эксцизионная,SOS-система) полностью не смогли выправить все мутации и повреждения. Например, если в материнской матричной цепи имелся тиминовый димер, то при репликации ДНК-полимеразаIIIперед ним останавливается (на 10 сек), а далее синтез продолжается на расстоянии 1000 нуклеотидов за счет формирования новой реплисомы. В результате этого в дочерней цепи образуется брешь. Застраивание ее производится путем рекомбинации с участием белковRecABCD, а именно: полифункциональный ферментRecBCD (имеет топоизомеразную, экзо- и эндонуклеазную активности) вырезает из второй матричной цепи недостающий фрагмент и с помощьюRecA-белкавстраивает его в брешь дочерней цепи. А брешь, появившаяся в матричной цепи восстанавливается путем репликации с использованием в качестве матрицы дочерней цепи.
Подобный механизм существует не только у прокариот, но и у эукариот. У людей с наследственным нарушением пострепликативной репарации возникает заболевание пигментная ксеродерма, обычно заканчивающееся развитием рака в раннем возрасте.
Тема 5: мобильные генетические элементы (мгэ)
Мобильными генетическими элементами (МГЄ) называют все те элементы генома, которые способны существовать автономно, интегрироваться в другие элементы генома и самостоятельно перемещаться между разными элементами генома. К МГЭ относят: плазмиды, IS-элементы, транспозоны и вирусные ДНК. МГЭ, наряду с мутациями, играют колоссальную роль в изменчивости всех живых организмов, так как приводят к рекомбинациям ДНК. Их перемещение сопровождается делециями (выпадениями фрагментов ДНК) и инсерциями (вставками геномных фрагментов), а также возможны дупликации элементов генома и другие перестройки ДНК. Охарактеризуем разные виды мобильных генетических элементов.
Плазмиды
Плазмиды - это кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, которые могут существовать автономно либо интегрироваться в другие элементы генома. Молекулярная масса плазмид достигает 1-300 Мега Да, количество пар нуклеотидов - 2-600 тыс.. Одна плазмида с её идентичными копиями может составлять от 0,01 до 8% генома. Путём амплификации (увеличения числа копий) количество плазмидной ДНК в клетке может быть увеличено до 50% и более, а число копий может достигать нескольких сотен и даже 3 тысяч на клетку. Приём амплификации используется в генной инженерии, если плазмида является вектором, несущим встроенный ген, и ее необходимо размножить. Для этого используют обработку плазмидосодержащих клеток хлорамфениколом или же выращивают клетки при повышенной температуре (42ОС).
Плазмиды обнаруживаются в основном у бактерий, но встречаются также у дрожжей, некоторых растений и животных. В клетках они могут существовать в 3 формах:
ССС-форма – (от англ. covalently closed cirkle) – ковалентно замкнутое кольцо. Это суперскрученная плазмида с 8-10 супервитками.
Форма релаксированого кольца. Для этой формы плазмид характерно наличие разрыва в одной из цепей ДНК. Очевидно, плазмиды переходят в такую форму перед началом собственной репликации (удвоения), так как в суперскрученном состоянии продвижение репликативной вилки невозможно.
Линейная форма плазмиды – образуется в результате двухцепочечного разрыва ДНК. Переход в такую форму может предшествовать интеграции плазмиды в хромосому или другой элемент генома.