Lac represor - Lac repressor

The lac represor je protein vázající DNA, který inhibuje výraz z geny kódování pro bílkoviny podílí se na metabolismus z laktóza v bakteriích. Tyto geny jsou potlačeny, když laktóza není buňce k dispozici, což zajišťuje, že bakterie investuje energii pouze do výroby strojů nezbytných pro příjem a využití laktózy, pokud je laktóza přítomna. Jakmile je laktóza k dispozici, přeměňuje se na alolaktóza, který inhibuje lac represorová vazebná schopnost DNA, čímž se zvyšuje genová exprese.
Funkce
The lac represor (LacI) pracuje motivem helix-turn-helix ve své DNA-vazebné doméně, konkrétně se váže na bázi k hlavní drážce operátorské oblasti lac operon, se základními kontakty také vytvořenými zbytky alfa šroubovic souvisejících se symetrií, „závěsnými“ šroubovicemi, které se hluboce vážou v vedlejší drážce.[1] Tento vázaný represor může snížit transkripce z Lac proteinů uzavřením RNA polymeráza vazebné místo nebo vyvoláním smyčky DNA.[2] Pokud je přítomna laktóza, alolaktóza se váže na lac represor, způsobující alosterický změna jeho tvaru. Ve změněném stavu lac represor se nedokáže pevně vázat na svého příbuzného operátora. Gen je tedy většinou vypnutý v nepřítomnosti induktoru a většinou zapnutý v přítomnosti induktoru, i když stupeň genové exprese závisí na počtu represorů v buňce a na vazebné afinitě DNA represoru.[3] Isopropyl β-D-1-thiogalaktopyranosid (IPTG) je běžně používaný mimikant aloktózy, který lze použít k indukci transkripce genů regulovaných lac represor.
Struktura

Strukturálně lac represorový protein je a homotetramer. Přesněji řečeno, tetramer obsahuje dvě podjednotky vázající DNA složené ze dvou monomerů (dimer dimerů). Každý monomer se skládá ze čtyř odlišných oblastí:[4][5][6]
- N-terminál Doména vázající DNA (ve kterém se dva proteiny LacI vážou na jedno místo operátora)
- A regulační doména (někdy nazývaný základní doména, který váže alolaktózu, alosterickou efektorovou molekulu)
- A linker který spojuje doménu vázající DNA s doménou jádra (někdy nazývanou závěsná šroubovice, což je důležité pro alosterickou komunikaci[6])
- C-terminál tetramerizační oblast (který spojuje čtyři monomery ve svazku alfa-šroubovice)
Vazba DNA probíhá přes N-terminál helix-turn-helix strukturální motiv a je zaměřen na jednu z několika operátorových sekvencí DNA (známých jako O1, O2 a O.3). O1 operátorová sekvence se mírně překrývá s promotorem, což zvyšuje afinitu RNA polymeráza pro promotorovou sekvenci tak, že nemůže vstoupit do prodloužení a zůstane v neúspěšné zahájení. Navíc, protože každý tetramer obsahuje dvě podjednotky vázající DNA, navázání více operátorových sekvencí jediným tetramerem indukuje smyčku DNA.[7]
Hledejte kinetiku vazby DNA
Předpokládá se, že LacI a další transkripční faktor (TF's) find their binding sites by usnadněná difúze, kombinace volné difúze ve 3D a 1D klouzání po DNA. Během klouzání je represor v neustálém kontaktu se šroubovice DNA, klouzá se kolem ní a tím usnadňuje proces hledání snížením rozměrnosti. Po průměrném snímání 45 bp posunutím se TF spontánně oddělí a pokračuje ve zkoumání genomu ve 3D.[8] Během klouzání se předpokládá, že LacI klouže po O1 operátor několikrát předtím, než se naváže, což naznačuje kompromis mezi rychlým hledáním nespecifických a vazbou na konkrétní sekvence.[8] Klouzání lac represoru na DNA není možné pozorovat při použití fluorescenční mikroskopie, ale all-atom molekulární dynamika simulace naznačuje, že transkripční faktor naráží na bariéru 1 kBT pro posuvné a 12 kBT pro disociaci, z čehož vyplývá, že represor bude před disociací v průměru klouzat přes 8 bp.[9] The in vivo vyhledávací model pro lac represor zahrnuje mezisegmentový přenos a skákání, stejně jako shlukování jinými proteiny, které tvoří genom v E-coli buňky méně dostupné pro represor.[10]
Objev
The lac represor byl první izolovaný podle Walter Gilbert a Benno Müller-Hill v roce 1966.[11] Ukázali to in vitro protein vázaný na DNA obsahující lac operon a uvolnil DNA, když IPTG (an analogový alolaktózy).
Viz také
Reference
- ^ Schumacher MA, Choi KY, Zalkin H, Brennan RG (listopad 1994). "Krystalová struktura člena LacI, PurR, navázaného na DNA: vazba vedlejší drážky pomocí alfa šroubovic". Věda. 266 (5186): 763–70. doi:10.1126 / science.7973627. PMID 7973627.
- ^ Razo-Mejia M, Boedicker J, Jones D, DeLuna A, Kinney J, Phillips R (2014). „Srovnání teoretického a reálného evolučního potenciálu genetického obvodu“. Fyzikální biologie. 1 (2): 026005. doi:10.1088/1478-3975/11/2/026005. PMC 4051709. PMID 24685590.
- ^ Razo-Mejia M, Barnes S, Belliveau N, Chure G, Einav T, Lewis M, Phillips R (2018). „Ladění transkripční regulace prostřednictvím signalizace: Prediktivní teorie alosterické indukce“. Buněčné systémy. 6 (4): 456–469. doi:10.1016 / j.cels.2018.02.004. PMC 5991102. PMID 29574055.
- ^ Goodsell DS (2003). „Lac Repressor“. RCSB Proteinová datová banka. doi:10.2210 / rcsb_pdb / mom_2003_3.
- ^ Lewis M. (červen 2005). „Lac represor“. Zahrnuje biologie Rendus. 328 (6): 521–48. doi:10.1016 / j.crvi.2005.04.004. PMID 15950160.
- ^ A b Swint-Kruse L, Matthews KS (duben 2009). „Allostery v rodině LacI / GalR: variace na téma“. Současný názor v mikrobiologii. 12 (2): 129–37. doi:10.1016 / j.mib.2009.01.009. PMC 2688824. PMID 19269243.
- ^ Oehler S, Eismann ER, Krämer H, Müller-Hill B (duben 1990). „Tři operátoři lac operonu spolupracují při represích“. Časopis EMBO. 9 (4): 973–9. doi:10.1002 / j.1460-2075.1990.tb08199.x. PMC 551766. PMID 2182324.
- ^ A b Hammar, Petter; Leroy, Prune; Mahmutovic, Anel; Marklund, Erik G .; Berg, Otto G .; Elf, Johan (2012-06-22). „Lac represor zobrazuje v živých buňkách usnadněnou difúzi“. Věda. 336 (6088): 1595–1598. doi:10.1126 / science.1221648. ISSN 0036-8075. PMID 22723426.
- ^ Marklund, Erik G .; Mahmutovic, Anel; Berg, Otto G .; Hammar, Petter; Spoel, David van der; Fange, David; Elf, Johan (03.12.2013). „Vazba a transkripční faktor na DNA studována pomocí mikro- a makroskopických modelů“. Sborník Národní akademie věd. 110 (49): 19796–19801. doi:10.1073 / pnas.1307905110. ISSN 0027-8424. PMC 3856812. PMID 24222688.
- ^ Mahmutovic, Anel; Berg, Otto G .; Elf, Johan (2015-03-16). „Co je důležité pro vyhledávání lac represorů in vivo - klouzání, skákání, mezisegmentový přenos, shlukování DNA nebo rozpoznávání?“. Výzkum nukleových kyselin. 43 (7): 3454–3464. doi:10.1093 / nar / gkv207. ISSN 1362-4962. PMC 4402528. PMID 25779051.
- ^ Gilbert W., Müller-Hill B (prosinec 1966). "Izolace lac represoru". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 56 (6): 1891–8. doi:10.1073 / pnas.56.6.1891. PMC 220206. PMID 16591435.
externí odkazy
- Lac Repressor v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
- Více informací na molekula lac represoru v databázi proteinů
- Lac Repressor v Proteopedia.