Вищі форми структури днк бактеріофагів та бактерій

Пакування двониткової ДНК у бактеріофагах. Насьогодні існує припущення, що майже всі види фагів з дволанцюговою ДНК у якості генного матеріалу, використовують схожий механізм конденсації НК у капсиді та вбудовування ДНК, особливостями якого є наступні:

1. ДНК фага вбудовується у капсид віруса, який після вбудовування має перетворюється на дозрілу голівку, що морфологічно та хімічно дещо відрізняється від недозрілої (до вбудовування). Недозрілі капсиди мають у своєму складі білки скаффолду, або, по-іншому, білки збирання, яких немає у дозрілих фагах. Білки збирання потрібні для точної підгонки внутрішнього простору капсиду для конденсованої ДНК.

2. Недозрілі та дозрілі голівки фага містять від 5 до 30 копій певних білків, які розташовуються у місці приєднання ( портальному вертексі) хвоста фага. Такі білки беруть участь у ініціації збирання компонентів голівки, пакування ДНК у капсид та уведення ДНК у бактерію з фагу.

3. Для здійснення реакції пакування in vitro, система повинна мати голівки фагу, молекули ДНК з потрібними послідовностями, два акцесорних «неструктурних» білки, що кодуються фагом та розпізнають потрібну послідовність, набір поліамінів, та АТФ.

4. Щільність пакування ДНК у фагах, як правило, є на диво постійною, за винятком Т4, який має глікозильовані залишки гідроксиметилцитозину, а також фагу λ з мутантними делеціями. Запакована у капсид ДНК на один грам своєї ваги має приблизно 1,5 грами води.

5. Після пакування ДНК у капсид, спеціальний фермент біля вертексу, терміназа або термінальна ендонуклеаза, розрізняє повністю запаковану голівку фага у якості субстрату та розщеплює ДНК у певній лінійній наближеній ділянці, що призводить до ще більшої щільності упаковки.

Види та механізми пакування ДНК у фаг. Дослідження показують, що ДНК у капсиді фагу зберігає геометрію В-форми, незважаючи на щільну упаковку та відмінне електростатичне середовище через близьке розташування фосфатів.

Насьогодні пропонується три основні моделі пакування ДНК всередину капсиду, причому всі вони постулюють, що обидва кінці молекули повинні бути наближеними один до одного у зоні портального вертексу (слайд 3):

1. Модель плоду батата –одна з найперших запропонованих,

2. Модель шпульки або катушки – у цій моделі катушка ДНК мала вісь, перпендикулярну до вісі фагової частки, причому на кінцях молекули спостерігалось менше витків, ніж у її центральному регіоні.

3. Модель спірального згортання – запропонована вперше для фага Т4, нитки ДНК йдуть паралельно до довгої вісі фагу, роблячи різкі повороти внизу та та зверху капсиду, причому такі згинання ДНК розташовані радіально вздовж довгої вісі.

Запроповано два можливих механізми пакування ДНК у капсид фагів. Перший з них має назву тороїдного та стосується пакування за варіантом плода батата або шпульки (слайд 3а та b). Стадії:

1. Напочатку пакування ведучий кінець ДНК приєднується до капсиду біля портального вертексу.

2. ДНК входить у капсид вздовж довгої вісі і починає закручуватись, формуючи дальній кінець шпульки.

3. Закручуючись далі, ДНК утворює рівномірно розподілені петлі проміжної щільності, які будуть розташовуватись всередині шпульки.

4. Останні стадії компактизації досягаються шляхом наближення петель, сформованих заключними ділянками ДНК, до ядра шпульки у районі вісі або далі до периферії. Причому формуються так звані супервитки та однонаправлені петлі.

Другий механізм пакування, що відповідає спіральному згортанню ДНК, як у фага Т7, називається нетороїдним (слайд 3с-f). Він постулює пакування ДНК не шляхом суперзакручування у тороїд, а, скоріше, поступовим пристінковим накладанням сусідніх сегментів ДНК, які є антипаралельними та не досягають 360⁰-оберту під час пакування, хоча формують різкі згини. Таким чином, через зміну напрямку ланцюгів і формується спіральне згортання ДНК у капсиді.

Пакування ДНК у бактеріях. Насьогодні не дуже добре вивчена структура ДНК нуклеоїду бактерій. Як правило виділяють два загальних рівні організації нуклеоїду:

1. Подовжена високомолекулярна структура з 43 незалежно суперзакручених хромосомних доменів, кожен з яких має довжину близько 100000 пар основ.

2. Невеличка ділянка ДНК довжиною близько 60-120 пар основ, що пов’язана з численними ДНК-зв’язуючими білками та має негативні супервитки.

Але, якщо підсумувати, то ДНК нуклеоїду, якщо порівняти з бактеріофагами або зі згортанням ДНК еукаріот, є найбільш релаксованою, оскільки регулярної і суттєвої компактизації у даному випадку не відбувається, можливо, через невеликий розмір геному, а також відсутність гістонів та необхідну доступність послідовностей ДНК для здійснення швидкої транскрипції.