SOS-ответ
SOS -ответ — это глобальный ответ на повреждение ДНК , при котором клеточный цикл останавливается и репарация ДНК и мутагенез индуцируется . В системе участвует белок RecA ( Rad51 у эукариот). Белок RecA, стимулируемый одноцепочечной ДНК, участвует в инактивации репрессора ( LexA ) генов SOS-ответа, тем самым индуцируя ответ. Это склонная к ошибкам система восстановления, которая вносит значительный вклад в изменения ДНК, наблюдаемые у широкого круга видов.
Открытие [ править ]
Ответ SOS был сформулирован Эвелин Уиткин . [3] [4] Позже, охарактеризовав фенотипы мутагенизированной кишечной палочки , она и аспирант Мирослав Радман подробно описали SOS-ответ бактерий на УФ-излучение. [3] [5] SOS-реакция на повреждение ДНК стала плодотворным открытием, поскольку это была первая скоординированная реакция на стресс, которую удалось выяснить. [6]
Механизм [ править ]
Во время нормального роста гены SOS отрицательно регулируются LexA димерами белка-репрессора . В нормальных условиях LexA связывается с консенсусной последовательностью длиной 20 пар оснований ( SOS-бокс ) в операторной области этих генов. Некоторые из этих SOS-генов экспрессируются на определенных уровнях даже в подавленном состоянии, в зависимости от сродства LexA к их SOS-боксу. Активация генов SOS происходит после повреждения ДНК за счет накопления одноцепочечных (оцДНК) областей, образующихся в репликационных вилках, где ДНК-полимераза блокируется . RecA формирует нить вокруг этих областей оцДНК АТФ-зависимым образом и активируется. [7] Активированная форма RecA взаимодействует с репрессором LexA, облегчая самоотщепление репрессора LexA от оператора. [7] [8]
Как только пул LexA уменьшается, репрессия генов SOS снижается в зависимости от уровня сродства LexA к SOS-боксам. [7] Операторы, которые слабо связывают LexA, первыми полностью выражаются. Таким образом, LexA может последовательно активировать различные механизмы восстановления. Гены, имеющие слабый SOSbox (такие как lexA , RecA , uvrA , uvrB и uvrD ), полностью индуцируются в ответ даже на слабое SOS-индуцирующее лечение. Таким образом, первым механизмом SOS-восстановления, который необходимо индуцировать, является эксцизионная репарация нуклеотидов (NER), цель которой — исправить повреждение ДНК без обеспечения полноценного SOS-ответа. Однако если NER недостаточно для устранения повреждения, концентрация LexA еще больше снижается, поэтому индуцируется экспрессия генов с более сильными блоками LexA (такими как sulA , umuD , umuC – они экспрессируются поздно). [7] SulA останавливает деление клеток [7] путем связывания с FtsZ , белком-инициатором этого процесса. Это вызывает филаментацию и индукцию UmuDC-зависимой мутагенной репарации. В результате этих свойств некоторые гены могут частично индуцироваться в ответ даже на эндогенные уровни повреждения ДНК, в то время как другие гены, по-видимому, индуцируются только тогда, когда в клетке присутствует сильное или стойкое повреждение ДНК.
Устойчивость к антибиотикам [ править ]
Исследования показали, что система реагирования SOS может привести к мутациям, которые могут привести к устойчивости к антибиотикам. [9] Повышенная скорость мутаций во время SOS-ответа вызвана тремя ДНК-полимеразами низкой точности : Pol II , Pol IV и Pol V. [10] [9] В настоящее время исследователи нацелены на эти белки с целью создания лекарств, предотвращающих восстановление SOS. Таким образом, время, необходимое патогенным бактериям для развития устойчивости к антибиотикам, может быть увеличено, тем самым улучшая долгосрочную жизнеспособность некоторых антибиотиков. [11]
Помимо генетической устойчивости, SOS-ответ может также способствовать фенотипической устойчивости. Здесь геном сохраняется, в то время как другие негенетические факторы изменяются, чтобы бактерии могли выжить. SOS-зависимая tisB-istR система токсин-антитоксин , например, связана с индукцией персистерных клеток , зависимой от повреждения ДНК . [12]
Тестирование на генотоксичность [ править ]
У Escherichia coli различные классы агентов, повреждающих ДНК, могут инициировать SOS-ответ, как описано выше. Воспользовавшись преимуществом слияния оперонов, помещающим lac-оперон (ответственный за выработку бета-галактозидазы, белка, расщепляющего лактозу) под контроль SOS-родственного белка, простой колориметрический анализ генотоксичности возможен . К бактериям добавляется аналог лактозы, который затем разлагается под действием бета-галактозидазы, в результате чего образуется окрашенное соединение, количественное измерение которого можно измерить с помощью спектрофотометрии . Степень развития цвета является косвенным показателем вырабатываемой бета-галактозидазы, которая сама по себе напрямую связана с количеством повреждений ДНК.
E. coli дополнительно модифицируется, чтобы иметь ряд мутаций, включая мутацию uvrA, которая делает штамм неспособным к эксцизионной репарации, увеличивая реакцию на определенные агенты, повреждающие ДНК, а также мутацию RFA, которая делает бактерии липополисахаридными. -дефицитный, позволяющий лучше диффузировать определенные химические вещества в клетку, чтобы вызвать SOS-ответ. [13] коммерческие наборы, которые измеряют первичную реакцию клеток E. coli Доступны на генетическое повреждение, и их эффективность может быть тесно связана с тестом Эймса для определенных материалов. [14]
Цианобактерии [ править ]
Цианобактерии , единственные прокариоты, способные к фотосинтезу с выделением кислорода , являются основными производителями кислородной атмосферы Земли. [15] Морские цианобактерии Prochromococcus и Synechococcus, по-видимому, имеют SOS-систему, подобную E. coli, для восстановления ДНК, поскольку они кодируют гены, гомологичные ключевым SOS-генам E. coli , таким как lexA и sulA . [16]
Дополнительные изображения [ править ]
Реакция SOS ингибирует образование перегородки до тех пор, пока бактериальная ДНК не сможет быть восстановлена, и ее можно наблюдать в виде филаментации при исследовании клеток с помощью микроскопии (вверху справа на изображении).
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Литтл JW, гора DW (май 1982 г.). «SOS-регуляторная система кишечной палочки ». Клетка . 29 (1): 11–22. дои : 10.1016/0092-8674(82)90085-X . ПМИД 7049397 . S2CID 12476812 .
- ^ Мишель Б. (июль 2005 г.). «После 30 лет исследований бактериальная SOS-реакция все еще удивляет нас» . ПЛОС Биология . 3 (7): е255. doi : 10.1371/journal.pbio.0030255 . ПМЦ 1174825 . ПМИД 16000023 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Фицджеральд, Девон М.; Гастингс, П.Дж.; Розенберг, Сьюзан М. (6 марта 2017 г.). «Стресс-индуцированный мутагенез: последствия рака и лекарственной устойчивости» . Ежегодный обзор биологии рака . 1 (1): 119–140. doi : 10.1146/annurev-cancerbio-050216-121919 . ПМК 5794033 . ПМИД 29399660 . Проверено 6 марта 2023 г.
- ^ Виткин, Э.М. (май 1967 г.). «Радиационная чувствительность Escherichia coli B: гипотеза, связанная с образованием филаментов и индукцией профагов» . Труды Национальной академии наук . 57 (5): 1275–9. Бибкод : 1967PNAS...57.1275W . дои : 10.1073/pnas.57.5.1275 . ПМК 224468 . ПМИД 5341236 .
- ^ Виткин, Э.М. (1976). «Ультрафиолетовый мутагенез и индуцибельная репарация ДНК в Escherichia coli» . Бактериологические обзоры . 40 (4): 869–907. дои : 10.1128/MMBR.40.4.869-907.1976 . ПМК 413988 . ПМИД 795416 .
- ^ Радман, М. (1975). «Феноменология индуцибельного мутагенного пути репарации ДНК в Escherichia coli : гипотеза SOS-восстановления». Фундаментальные науки о жизни . 5А : 355–367. дои : 10.1007/978-1-4684-2895-7_48 . ПМИД 1103845 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и Масловская, К.Х.; Макиела-Дзбенска, К.; Фиялковска, IJ (май 2019 г.). «Система SOS: сложный и жестко регулируемый ответ на повреждение ДНК» . Экологический и молекулярный мутагенез . 60 (4): 368–384. Бибкод : 2019EnvMM..60..368M . дои : 10.1002/em.22267 . ПМК 6590174 . ПМИД 30447030 .
- ^ Ленинджер А.Л., Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2004). Ленингерские принципы биохимии (4-е изд.). У. Х. Фриман. п. 1098. ИСБН 978-0-7167-4339-2 . OCLC 55476414 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Цирз, RT; Чин, Дж. К.; Анды, ДР; Де Креси-Лагард, В.; Крейг, Вашингтон; Ромесберг, FE; и др. (июнь 2005 г.). «Торможение мутаций и борьба с развитием устойчивости к антибиотикам» . ПЛОС Биология . 3 (6): е176. дои : 10.1371/journal.pbio.0030176 . ПМЦ 1088971 . ПМИД 15869329 .
- ^ Ящур, М; Бертрам, Дж.Г.; Робинсон, А; ван Ойен, AM; Вудгейт, Р.; Кокс, ММ; Гудман, МФ (апрель 2016 г.). «Мутации к худшему или к лучшему: синтез ДНК с низкой точностью с помощью SOS ДНК-полимеразы V — это жестко регулируемый палка о двух концах» . Биохимия . 55 (16): 2309–18. doi : 10.1021/acs.biochem.6b00117 . ПМЦ 4846499 . ПМИД 27043933 .
- ^ Ли, AM; Росс, Коннектикут; Цзэн, Б.Б.; Синглтон, Сан-Франциско; и др. (июль 2005 г.). «Молекулярная мишень для подавления развития устойчивости к антибиотикам: ингибирование белка RecA Escherichia coli с помощью N6-(1-нафтил)-АДФ». Журнал медицинской химии . 48 (17): 5408–11. дои : 10.1021/jm050113z . ПМИД 16107138 .
- ^ Дорр, Т; Вулич, М; Льюис, К. (февраль 2010 г.). «Ципрофлоксацин вызывает образование персистеров, индуцируя токсин TisB в Escherichia coli» . ПЛОС Биология . 8 (2): e1000317. дои : 10.1371/journal.pbio.1000317 . ПМК 2826370 . ПМИД 20186264 .
- ^ Кийардет П., Хофнунг М. (октябрь 1993 г.). «Хромотест SOS: обзор». Мутационные исследования . 297 (3): 235–279. дои : 10.1016/0165-1110(93)90019-J . ПМИД 7692273 .
- ^ Кийардет П., Хофнунг М. (июнь 1985 г.). «SOS-хромотест, колориметрический бактериальный анализ генотоксинов: проверочное исследование с 83 соединениями». Мутационные исследования . 147 (3): 79–95. дои : 10.1016/0165-1161(85)90021-4 . ПМИД 3923333 .
- ^ Гамильтон Т.Л., Брайант Д.А., Макалади Дж.Л. (февраль 2016 г.). «Роль биологии в планетарной эволюции: первичное производство цианобактерий в протерозойских океанах с низким содержанием кислорода» . Энвайрон Микробиол . 18 (2): 325–40. дои : 10.1111/1462-2920.13118 . ПМК 5019231 . ПМИД 26549614 .
- ^ Кассье-Шова С, Водор Т, Шова Ф (2016). «Сравнительная геномика рекомбинации и репарации ДНК цианобактерий: биотехнологические последствия» . Передний микробиол . 7 : 1809. дои : 10.3389/fmicb.2016.01809 . ПМК 5101192 . ПМИД 27881980 .
Внешние ссылки [ править ]
| Эксцизионное восстановление | |
|---|---|
| Другие виды ремонта | |
| Другие/несгруппированные белки | |
| Регулирование | |
| Другое/несгруппировано | |
