λ噬菌體溶源途徑和裂解途徑的基因調(diào)控

入噬菌體溶源途徑和裂解途徑的基因調(diào)控摘要入噬菌體侵染細胞后，大多數(shù)情況下進入裂解循環(huán)，XDNA復制，產(chǎn)生較多的噬菌體粒子。而在以對數(shù)期以后的細菌和培養(yǎng)在缺乏碳源物質(zhì)的培養(yǎng)基中的細菌作為寄主時進入溶源化途徑，只有與溶源化有關(guān)的少數(shù)基因如cI才被表達。另外溶源性細菌受到UV照射等因子誘導時，原噬菌體可以脫離細菌染色體而進行自我復制，最終導致細菌裂解，游離出大量噬菌體。噬菌體是進入裂解循環(huán)還是整合到寄主染色體上形成溶源態(tài)，這主要取決于CI蛋白和Cro蛋白的合成及它們的調(diào)控作用。關(guān)鍵詞入噬菌體，溶源化，裂解，基因調(diào)控，CI蛋白,Cro蛋白一.入噬菌體基因組和調(diào)控區(qū)入DNA分子總長度為48.5kb，編碼66個基因（如下圖所示），可分為三個區(qū)域：1.左臂區(qū)，自基因A到基因J，包括參與噬菌體頭部蛋白質(zhì)和尾部蛋白質(zhì)合成所必需的全部基因。2.中間區(qū)，介于基因J和基因N之間，這個區(qū)又稱為非必需區(qū)，包含了與重組有關(guān)的基因（如基因gam）以及使噬菌體整合到大腸桿菌染色體中去的int基因和把原噬菌體從寄主染色體上切除下來的xis基因。3?右臂區(qū)，位于N基因的右側(cè)，包括全部主要的調(diào)控基因（cl,cII和cro），噬菌體的復制基因（O和P）以及溶菌基因（S和R）。ofAArtvp.nnStateH-inrafdlprouin打ignprvtvin*(mE^cIhQfiaae-(kir.BciiiorifromfJchr^rr^r^Frif)亠斗、//ofAArtvp.nnStateH-inrafdlprouin打ignprvtvin*(mE^cIhQfiaae-(kir.BciiiorifromfJchr^rr^r^Frif)亠斗、//IniBgreu~~urfIIqfi*ittgf￥t*9nin[c[:hromotoma]Reg?ulatcir時XuhfttKlijirsendexpFBWionRegwlfftarof時gene3\NPliageDM”rtpheilieri產(chǎn)虹prcMbsir^srfoAIfEortrprgmoiorg?ndop?r?tar?毗心炳幅『/ ganas\proloirwT-Jtr1]--?BkbgeosOForriQter心CutlinigiEifONAarmssite-forT>rm麗?4町wckagingHnq.BprhudADUirmandd??vmblyAmapbfph電聲A.showingthema|borgeim.Gadmfar[AilproDoin*andMB?mblv入噬菌體主要的調(diào)節(jié)元件及調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物的功能調(diào)節(jié)元件或調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物及功能P,O,P,OLLRRt(1,2,3,4,5)RtL(1,2)PREPIPaQPRMP/RnutL,nutRqut左右向轉(zhuǎn)錄的啟動子和操縱子右向轉(zhuǎn)錄的終止子左向轉(zhuǎn)錄的終止子CI蛋白建立啟動子，受CII蛋白調(diào)控int基因啟動子，受CII蛋白調(diào)控Q蛋白反義RNA啟動子，受CII蛋白調(diào)控CI蛋白基因維持啟動子，受CI濃度調(diào)控晚期轉(zhuǎn)錄的啟動子N蛋白左右兩個反終止結(jié)合位點Q蛋白反終止結(jié)合位點croP和P的阻遏蛋白，并可阻遏P,抑制CI表達L R EcIP和P的主要的阻遏物，并可自主調(diào)控PL R RMellcIIIN可以啟動P、P和P,使入進入溶原化途徑RE I AQ和CII組成復合物，啟動P產(chǎn)生cl及cro的反義RNAEt,t及t的反終止蛋白R1 R2 L1Qt的反終止蛋白.R4

0,PS,R,R2intxisbet,exoDNA復制所需的蛋白裂解宿主所需的裂解酶整合酶，使入整合到宿主的染色體中切除酶，幫助入在att位點和宿主連接重組蛋白，幫助入和宿主進行重組W,B,Nu3,C,D,E,FI,F頭部蛋白基因II,ZU,V,G,T,H,M,L,K,I,J尾部蛋白基因cos(cohesive)A12bp的回文序列，由線狀連接成環(huán)狀的連接點，A蛋白切割位點末端酶，識別cos位點，包裝時將環(huán)連體切成單個的基因組二.入噬菌體轉(zhuǎn)錄調(diào)控入噬菌體的調(diào)控有多種形式，有正調(diào)節(jié)、負調(diào)節(jié)、自主性的反饋調(diào)節(jié)、抗終止調(diào)節(jié)、反義調(diào)節(jié)及反向調(diào)節(jié)等。入噬菌體基因組中與調(diào)控有關(guān)的基因或位點集中在cII和cIII之間，這一區(qū)域稱為調(diào)控區(qū)。調(diào)控區(qū)內(nèi)共有四個啟動子：右向啟動子PR,左向啟動子pl和另外兩個左向轉(zhuǎn)錄的啟動子P和P。左向和右向操縱基因0和0各由大約80個堿基對組成，每個操縱基因有三個RE RM L R結(jié)合位點，分別稱為01,02,03和01, 02, 0（如下圖所示）。每一位點都有17個堿基對，L L L R R R3個位點的堿基順序相似但不相同。CI阻遏蛋白和Cro蛋白都能與操縱基因0和0結(jié)合。LR左啟動子Pl?維持溶加啟動子P恫|久1|詞g|Jp1!||Or3|I|oRlIIcro:右啟動子Pr在入噬菌體發(fā)育中有兩個可調(diào)控階段，溶原化周期和裂解周期，而這兩個周期是相互連系的。當入DNA進入新的宿主細胞時裂解和溶原化的途徑并存。早早期和晚早期的基因都需要表達。然后就要分化了：若晚期基因得到表達那么就向裂解途徑發(fā)育；若阻遏物CI蛋白合成被建立了，那么就要進入溶原化途徑。在調(diào)節(jié)基因中，有早早期基因N與cr。。它們是由不同的模板繼轉(zhuǎn)錄的，N向左，cro向右，N反終止蛋白的存在使轉(zhuǎn)錄持續(xù)向前（穿過終止子）進入重組基因區(qū)；向右進入復制基因區(qū)以后，DNA末端相互連接形成了一個環(huán)狀的DNA。晚期基因是作為單個的轉(zhuǎn)錄單位表達的，從位于Q和S之間的啟動子PR'開始，此啟動子是連續(xù)使用的。但當Q蛋白缺乏時，晚期轉(zhuǎn)錄終止在tR3位點，產(chǎn)生了長194b的轉(zhuǎn)錄本，稱為6SRNA。當Q蛋白存在時，它阻遏了tR3的終止和6SRNA的表達，結(jié)果晚期基因得到表達了。晚期的反終止的作用與N蛋白的反終止作用是相似的。pQ作用的qut正好位于晚期啟動子的下游，RNA聚通過此處時，pQ與其作用消除了終止。晚期基因的轉(zhuǎn)錄并不在任何特殊位點終止，它轉(zhuǎn)錄所有的晚期基因，進入這些基因以外的區(qū)域。左邊的晚早期轉(zhuǎn)錄與此相似，持續(xù)穿過重組基因區(qū)。每一方向的轉(zhuǎn)錄都有可能在聚合酶闖入另一區(qū)域時而終止。入噬菌體從早期基因表達轉(zhuǎn)換到下一期基因表達采用了一個完全不同的控制機制一一反終止作用。早期基因是與下一期的基因相連接的。但二者之間有一個終止子位點。若終止作用在這個位點被阻止的話，那么RNA聚合酶就可以通讀而進入另一基因。這樣在反終止作用中，相同的啟動子可以繼續(xù)被RNA聚合酶所識別。因此新的基因是通過RNA的延續(xù)，形成一個長的RNA鏈而得到表達的，在這種的RNA中，5’端是早期基因的序列，3’端是下一期基因的序列。由于這兩種序列彼此連接在一起，早期基因的表達必然是繼續(xù)的。宿主的RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄兩個早早期基因，下一期基因的轉(zhuǎn)錄表達是由早期基因末端的終止子控制的。結(jié)果晚早期基因也得到了表達?？刂茝脑缭缙诨蜣D(zhuǎn)換為晚早期基因表達的調(diào)節(jié)基因是N,此是通過N基因的突變鑒別出來的。N基因只能在早早期轉(zhuǎn)錄，它的作用不進一步地進入感染循環(huán)。pQ是噬菌體在感染晚期的抗終止蛋白。qut序列是pQ作用所需要的，它位于晚期轉(zhuǎn)錄單位的起始處。qut的上游部分位于啟動中。下游部分位于轉(zhuǎn)錄區(qū)的起始處，這意味著pQ的作用涉及到DNA的識別。pQ的基本作用是干擾停頓，一旦pQ作用在RNA聚合酶上，這個酶就明顯地在所有位點減少停頓，包括在P依賴性終止位點和內(nèi)部終止位點。所以pQ并不直接地作用終止子本身，但它可以使酶急速地通過終止子。這樣就消除了核心酶或附加因子產(chǎn)生終止的機會。三.CI蛋白與Cro蛋白CI基因編碼阻遏蛋白，此基因突變則不能建立溶源性而是進入裂解循環(huán)。CI基因從P啟動子轉(zhuǎn)錄。CI阻遏蛋白是由236個氨基酸組成的多肽，它有兩個不同的結(jié)構(gòu)域，一個RM是N末端結(jié)構(gòu)域，它提供與操縱基因結(jié)合的位點；另一個是C末端結(jié)構(gòu)域，其功能是負責二聚體的形成（阻遏蛋白只有二聚體形式能結(jié)合DNA）。CI阻遏蛋白可獨立結(jié)合在0和0LR操縱基因上，結(jié)合在0有負調(diào)控功能，結(jié)合在0上有正調(diào)控和負調(diào)控功能。在每個操縱基LR因上，位點1對CI阻遏蛋白比其他位點有更大的親和力，所以CI阻遏蛋白總是首先結(jié)合01和01。阻遏蛋白與位點1結(jié)合大大增加第二個CI二聚體蛋白與位點2的親和力。在一LR個溶源菌通常的阻遏蛋白濃度下，每個操縱基因上的位點1和位點2被占據(jù)后，不再占據(jù)位點3.由于01和01或多或少分別與PR和P的RNA聚合酶結(jié)合位點中心重疊，因此CI蛋L R R L白結(jié)合01-02和01-02，從物理上阻止RNA聚合酶接近相應(yīng)的啟動子，從而關(guān)閉了從PLL RR L和PR啟動子開始的轉(zhuǎn)錄作用，則整個左向早期轉(zhuǎn)錄的表達被阻止（負調(diào)控），右向轉(zhuǎn)錄的Cro和復制蛋白基因O和P也不能表達（負調(diào)控），因此裂解循環(huán)被阻止。另外，阻遏蛋白結(jié)合在0后還有另一種功能，即CI二聚體結(jié)合02后，促進RNA聚合酶結(jié)合P啟動子，R R RMQ因此阻遏蛋白有激活自身（CI）轉(zhuǎn)錄的作用（正調(diào)控）。cTTI N cTcro ell0PQt.,niTiit. O.. ncit?t t 嚴tLcTTI N cTcro ell0PQt.,niTiit. O.. ncit?t t 嚴tL.I.l 1. 1_L]tIt XRlKi JL5 JLiN)L, RJCrol吃 ?i1:(CU).晚早1(QiPiR/K-￡l基因的表達dllNcroell"RL*eCro基因編碼另一個阻遏蛋白。Cro蛋白的作用是阻止更多的CI阻遏蛋白的合成，它通過與操縱基因結(jié)合而起作用。Cro蛋白分子很小，由66個氨基酸殘基組成，形成一個小的二聚體。Cro蛋白像CI阻遏蛋白那樣具有結(jié)合同樣操縱基因的功能，并對稱結(jié)合操縱基因。Cro蛋白對位點3的親和力大于位點1和2,因此Cro蛋白首先結(jié)合03和03,然后Cro蛋LR白再結(jié)合01, 02和01,02。Cro與03結(jié)合，阻止了CI阻遏蛋白與02的結(jié)合，從而RRLLRR抑制CI阻遏蛋白自身從P啟動子的轉(zhuǎn)錄。Cro蛋白與0和0的結(jié)合，也抑制早期基因從RMQLR在溶源狀態(tài)下，當寄主受到紫外線照射或其他因子的作用而使DNA受到損傷時，寄主就會對損傷的DNA進行修復，從而積累RecA蛋白。RecA蛋白與入的CI阻遏蛋白結(jié)合，引起CI蛋白發(fā)生自我切割，切割使CI蛋白中形成二聚體的C-末端結(jié)構(gòu)域與N-末端DNA區(qū)域相互分離，阻遏蛋白失去作用，PR和P啟動子就開始轉(zhuǎn)錄。從P轉(zhuǎn)錄的基因包括int和xis。RLL噬菌體侵染后只生成Int,參與噬菌體DNA的整合；而誘導后，能形成Int和Xis。入DNA的切割需要Int和Xis兩種蛋白。入DNA的整合是通過入噬菌體attP與大腸桿菌attB位點之間的重組；入DNA的切割是通過位于原噬菌體DNA和細菌DNA接合處的雜合序列attB-attB之間的重組,attB-attB既不同于attB,又不同于attP,因此需要Int和Xis兩種蛋白，才能進行入DNA的切割。當Int和Xis將入DNA從寄主染色體上進行切割時，O和P基因也從PR啟動子進行轉(zhuǎn)錄。O和P蛋白促進切割的入DNA進行復制，阻遏物濃度降低，噬菌體進入裂解循環(huán)。弘有活性：P麗無活性oRi|PrM育活性；Pr無活性croPr和弘有活性：P麗無活性oRi|PrM育活性；Pr無活性croPr和％無活性總之，CI阻遏蛋白和Cro蛋白相互拮抗:Cro蛋白阻止（間接）cl轉(zhuǎn)錄，從而阻止建立溶源性；CI阻遏蛋白阻止早期基因轉(zhuǎn)錄，