« back
Транскрипционная регуляция биосинтеза пролина у протеобактерий
Дополнительные материалы к статье «Эволюция транскрипционной
регуляции синтеза пролина у гамма-протеобактерий» (Лопатовская К.В.,
Горбунов К.Ю., Русин Л.Ю., Селиверстов А.В., Любецкий В.А.)
У бактерий биосинтез пролина из глутаминовой кислоты идет при последовательном
участии трех ферментов: γ-глутамилкиназы, γ-глутамил-фосфатредуктазы
и 1-пирролин-5-карбоксилатредуктазы. Согласно данным [2] у Pseudomonas
aeruginosa PAO1 уровень синтеза первых двух ферментов зависит
от концентрации пролина, но синтез третьего фермента от нее не зависит.
Гены proA и proB кодируют первые два из этих ферментов.
У протеобактерий гены proA и proB обычно образуют оперон.
У Pseudomonas гены proA и proB расположены на хромосоме
далеко друг от друга и транскрибируются в противоположных направлениях.
Нами была изучена белок-ДНКовая регуляция. Был проведен массовый поиск сайтов
связывания с ДНК некоторого регуляторного белка перед указанными генами
синтеза пролина. Нами найден консервативный мотив перед генами proA
и proB синтеза пролина у большинства видов γ-протеобактерий
(родов Pseudomonas, Marinobacter, Shewanella) и у некоторых других видов.
С помощью нашей программы Protfile проведено
сравнение филогенетического профиля некоторого регуляторного белка с профилями
всех бактериальных белков. Отсюда предположено, что соответствующим
транскрипционным фактором является белок из семейства TetR, ортологичный
белку NP_249058 из Pseudomonas aeruginosa PAO1. Построено дерево
видов, которые имеют найденную нами регуляцию генов pro. На основе
оригинального подхода построены три вложения в дерево видов: дерева самих
генов pro, дерева доменов транскрипционных факторов, дерева сайтов
связывания этих факторов, а также получен сценарий совместной эволюции
генов, факторов регуляции и сайтов связывания.
- Алгоритм и программа поиска транскрипционного
фактора (белка) по мотиву сайтов связывания этого фактора
- Таблица 1. Белки с наибольшими значениями близости
их филогенетического профиля к профилю найденных сайтов.
- Рисунок 1. Дерево видов S, для которых
нами предсказана белок-ДНКовая регуляция генов pro.
Ребра («трубы») дерева обозначаются номером конца ребра,
дальнего от корня; на рисунках 3-5 вложений этот номер располагается
над трубой или левее трубы. После названий видов запись
+proA–proB означает наличие этой регуляции
только у гена proA, который транскрибируется отдельно от гена
proB, обозначение +proBA означает наличие регуляции перед
опероном proBA, а обозначение –proBA означает
отсутствие регуляции перед опероном proBA.
- Рисунок 2. Множественное выравнивание участков
γ-протеобактерий:
a) перед геном proA гамма-глютамил фосфат редуктазы,
b) перед опероном proBA, ген proB кодирует
гамма-глютамил киназу. Сайты выделены желтым цветом, (–10)-боксы
выделены серым цветом. Полужирным выделен сайт вместе с выравниваемым
его слабо консервативного 3'-конца на смысловой цепи.
- Рисунок 3. Частотный профиль найденного нами
регуляторного мотива из 8 н перед генами pro и слабо
консервативный 3'-конец длины 8 н.
- Таблица 2. Все виды, имеющие белки, высоко гомологичные
белку NP_249058, некоторые из них являются потенциальными факторами
белок-ДНКовой регуляции.
Характеристики гомолога и соответствующего сайта связывания:
(1) Expect value для ближайшего гомолога белка NP_249058.1 из семейства TetR;
(2) Качество сайта: расстояние между консенсусом и найденным сайтом перед
указанными видом и геном;
(3) Количество найденных сайтов перед указанными видом и геном; обозначение
«–» указывает, что сайт перед генами pro
не найден.
- Рисунок 4. Вложение дерева G генов pro
в дерево видов S, показанное на рис. 1.
Ребра («трубы») дерева S показаны цветом. Дупликации
обозначены буквой d, потери – крестиками, переносы –
стрелками.
- Рисунок 5. Вложение дерева F доменов
транскрипционных факторов в дерево видов S.
Ребра («трубы») дерева S показаны цветом. Дупликации
обозначены буквой d, потери – крестиками, переносы –
стрелками.
- Рисунок 6. Вложение дерева R сайтов связывания
факторов в дерево видов S.
Ребра («трубы») дерева S показаны цветом. Дупликации
обозначены буквой d, потери – крестиками, переносы –
стрелками, а возникновения – черными кружочками.
Литература
- R.V. Krishna, P. Beilstein, T. Leisinger. Biosynthesis of proline in
Pseudomonas aeruginosa. Partial purification and characterization
of γ-glutamyl kinase // Biochem. J. 1979. Vol. 181. P. 215-222.
- R.V. Krishna, P. Beilstein, T. Leisinger. Biosynthesis of proline in
Pseudomonas aeruginosa. Properties of gamma-glutamyl phosphate
reductase and 1-pyrroline-5-carboxylate reductase // Biochem. J. 1979.
Vol. 181. P. 223-230.
- А.В. Селиверстов, В.А. Любецкий. Регуляция биосинтеза пролина
у протеобактерий // Молекулярная биология. 2007. Том 41 (3).
С. 572-574.
- Официальный сайт Proline:
http://lab6.iitp.ru/ru/proline/
- Л.А. Леонтьев, В.А. Любецкий. Алгоритм определения белка, согласованного
с заданным филогенетическим профилем // Информационные процессы
(www.jip.ru). 2006. Том 6 (1). С. 24-32.
- Официальный сайт WebLogo:
http://weblogo.berkeley.edu/logo.cgi
30.03.2010.
- C. Kisker, W. Hinrichs, K. Tovar, W. Hillen, W. Saenger. The complex
formed between Tet repressor and tetracycline-Mg2+ reveals mechanism
of antibiotic resistance // Journal of Molecular Biology. 1995. Vol.
247 (2). P. 260-280.
- К.Ю. Горбунов, В.А. Любецкий. Реконструкция эволюции генов вдоль дерева
видов // Молекулярная биология. 2009. Том 43 (5). С. 946-958.
« back
|