SOS-система

SOS-систе́ма — защитная система бактерий, которая активируется в ответ на серьёзные повреждения ДНК или ингибирование репликации и запускает сложную цепочку защитных реакций, в том числе экспрессию многих генов, связанных с репарацией. Физиологические изменения в клетке под действием SOS-системы называются SOS-ответом. Ключевую роль в запуске SOS-системы играет белок RecA. Он активирует саморасщепление белка LexA, который в нормальных условиях подавляет экспрессию генов SOS-системы[1].

Общая схема SOS-ответа, активированного при отключении топоизомеразы

SOS-система была открыта и названа в 1975 году Мирославом Радманом у кишечной палочки (Escherichia coli)[2].

Механизм

SOS-система активируется в ответ на повреждения ДНК, вызванные УФ-излучением или действием химических агентов, а также при подавлении репликации и под действием некоторых лекарств[1].

SOS-ответ заключается в усилении работы путей репарации при помощи индукции экспрессии белков, задействованных в эксцизионной репарации или рекомбинационной репарации. В условиях SOS-ответа клеточное деление подавляется, кроме того, могут активироваться лизогенные профаги[1].

В самом начале SOS-ответа в ответ на неблагоприятное воздействие активируется белок RecA. Сигналом, запускающим активацию, может быть небольшая молекула, отделяющаяся от ДНК при повреждении, или же особая пространственная структура, образующаяся в повреждённой ДНК. Для активации RecA в условиях in vitro необходимы одноцепочечная ДНК и АТФ. SOS-ответ запускается очень быстро, спустя всего несколько минут после активации RecA. Под действием RecA происходит расщепление белка LexA — стабильного репрессора многих оперонов. LexA обладает латентной протеазной активностью, и под действием активированного RecA он автокаталитически расщепляется, из-за чего все подавляемые им опероны активируются. Многие гены, которые в нормальных условиях репрессированы LexA, кодируют белки, участвующие в репарации. Некоторые белки экспрессируются на низком уровне и в нормальных условиях, но при разрушении LexA их экспрессия резко усиливается. Например, ген urvB, продукт которого участвует в эксцизионной репарации, имеет два промотора, один из которых независим от LexA, а другой контролируется LexA. В нормальных условиях работает только один промотор, но при расщеплении LexA функционируют оба, что повышает уровень белкового продукта[3].

LexA связывает в своих мишенях так называемый SOS-бокс — участок длиной 20 пар оснований, содержащий консенсус из восьми абсолютно консервативных позиций. Как правило, SOS-бокс входит в состав промотора. LexA репрессирует также ген recA и собственный ген, поэтому в условиях SOS-ответа идёт активный синтез обоих белков. Уровень RecA может повыситься в 50 раз, и в таких концентрациях RecA начинает сам участвовать в эксцизионной репарации. При этом RecA продолжает индуцировать саморасщепление LexA, что не даёт ему функционировать в роли репрессора во время SOS-ответа[4].

Если же неблагоприятное воздействие уходит, то клетка быстро возвращается к нормальному состоянию. В отсутствие травмирующего фактора белок RecA больше не может дестабилизировать LexA, и LexA начинает подавлять экспрессию своих генов-мишеней[5].

RecA запускает расщепление не только LexA, но также белка UmuD, который благодаря этому активируется, и вместе с ним активируется система репарации, склонной к ошибкам. Согласно наиболее распространённой модели, комплекс UmuD2UmuC связывается с RecA вблизи места повреждения. Далее RecA разрезает UmuD с образованием UmuD', что активирует комплекс, и после этого комплекс UmuD'2UmuC, известный как ДНК-полимераза V, синтезирует фрагмент ДНК поверх повреждённого участка, допуская при этом существенно больше ошибок, чем обычные ДНК-полимеразы[6].

Под действием RecA расщепляются белки-репрессоры многих лизогенных профагов, например, профага λ. Эта реакция не входит в состав SOS-ответа, но служит сигналом для вируса о бедственном положении клетки-хозяина, поэтому, чтобы не погибнуть вместе с ней, фаг переключается на литический цикл для быстрого размножения[6].

Показано, что SOS-система может играть основную роль в появлении мутаций, вызывающих устойчивость к некоторым антибиотикам[7]. Увеличение частоты мутаций в ходе SOS-ответа вызывается тем, что при нём повреждённые участки восстанавливаются ДНК-полимеразами, склонными к ошибкам[7].

Примечания
  1. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 409.
  2. Radman M. SOS repair hypothesis: phenomenology of an inducible DNA repair which is accompanied by mutagenesis. (англ.) // Basic Life Sciences. — 1975. — Vol. 5A. — P. 355—367. — PMID 1103845.
  3. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 409—410.
  4. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 410.
  5. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 410—411.
  6. Кребс, Голдштейн, Килпатрик, 2017, с. 411.
  7. Cirz R. T., Chin J. K., Andes D. R., de Crécy-Lagard V., Craig W. A., Romesberg F. E. Inhibition of mutation and combating the evolution of antibiotic resistance. (англ.) // PLoS Biology. — 2005. — June (vol. 3, no. 6). — P. e176—176. — doi:10.1371/journal.pbio.0030176. — PMID 15869329.

Литература
  • Кребс Дж., Голдштейн Э., Килпатрик С. Гены по Льюину. — М.: Лаборатория знаний, 2017. — 919 с. — ISBN 978-5-906828-24-8.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.