噬菌体的裂解途径和溶原途径

PROGENY PHAGE
Fig. The lambda lytic cascade is interlocked with the circuity for lysogeny.
二．反终止作用
tL cⅢ Positive regulator N Antiterminator nutL PL /OL cⅠ Repressor PRM PR /OR cro Atirepressor nutR tR1 PRE Cis-acting elements c Ⅱ Genes Positive regulator
― ― 8 －
RNA 聚合酶结合位点 (PM) 阻遏蛋白 cⅠ mRNA OR3 OR 2 OR 1 TTTCTTTTTTGTGCTCATACGTTAAATCTATCACCGCAAGGGATAAATATCTAACACCGTGCGTGTTGACTATTTTACCTCTGGCGGTGATAATGGTTGCATG AAAGAAAAAACACGAGTATGCAATTTAGATAGTGGCGTTCCCTATTTATAGATTGTGGCACGCACAACTGATAAAATGGAGACCGCCACTATTACCAACGTAC pppAUG cro mRNA Lys Lys Lys Thr Ser Met-NH2 AAAGAAAAAACACGAGUAppp RNA 聚合酶结合位点(PR)
PL PR
PR’
调控区 复制区 裂解基因 cⅢ N cⅠ cro cⅡ OPQ SR
cⅢ 维持 cⅡ N 打开晚期基因 cⅠ是裂解的阻遏物 cro 关闭阻遏物 cⅡ打开阻遏物基因 Q 打开晚期基因
图 17-3 λ 噬菌体相关功能的基因蔟及在两种途径选择中的作用 (仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .13.8)
表 1λ 主要的位点及基因的功能 产物及功能 左右向转录的启动子和操纵子 右向转录的终止子 右向转录的终止子 CⅠ蛋白建立启动子，受 CⅡ蛋白调控 int′基因启动子，受 CⅡ蛋白调控 Q 蛋白反义 RNA 启动子，受 CⅡ蛋白调控 CⅠ蛋白基因维持启动子，受 CⅠ浓度调控 晚期转录的启动子 N 蛋白左右两个反终止结合位点 Q 蛋白反终止结合位点 PL 和 PR 的阻遏蛋白，并可阻遏 PE，抑制 CI 表达 PL 和 PR 的主要的阻遏物，并可自主调控 PE 可以启动 PE 、PI 和 PaQ，使λ 进入溶原化途径 和 CⅡ组成复合物，启动 PE 产生 CⅠ及 Cro 的反义 RNA
O L3 O L2 OL1 CAGATAACCATCTGCGGTGATAAATTATCTCTGGCGGTGTTGACATAAATACCACTGGCGGTGATACTGAGCACATCA GTCTATTGGTAGACGCCACTATTTAATAGAGACCGCCACAACTGTATTTATGGTGACCGCCACTATGACTCGTGTAGT pppAUCA N mRNA RNA 聚合酶结合位点 (P L) 图 17-18 每个操纵基因含有 3 个阻遏物结合位点，而且在 RNA 聚合酶结合位点与启动子重叠 (仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .13.21)
N Q O, P S, R, Int Xis bet, exo W, B, Nu3, C, D, E, FⅠ, FⅡ，Z U, V, G, T, H, M, L, K, I, J Cos(cohesive) A
tR1, tR2 及 tL1 的反终止蛋白
tR4 的反终止蛋白. DNA 复制所需的蛋白 裂解宿主所需的裂解酶 整合酶，使λ 整合到宿主的染色体中 切除酶，帮助λ 在 att 位点和宿主连接 重组蛋白，帮助λ 和宿主进行重组 头部蛋白基因 尾部蛋白基因 12bp 的回文序列，由线状连接成环状的连接点， A 蛋白切割位点 末端酶，识别 cos 位点，包装时将环连体切成单 个的基因组
LYSOGENY repressor dimer
repressor monomer
cⅠmRNA
OL /PL Repressor prevents RNA polymerase from binding PL
cⅠ repressor gene
RNA polymerase binds PRM and transcribes cⅠ
***** *
** **
* * *
cyL 突变
cyR 突变 * 聚合酶结合位点 * 影响 cⅡ结合
图 17-21 只有在 cⅡ存在时(结合在－35 区域)RNA 聚合酶才和启动子 P RE 结合(仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .13.24)
RNA polymerase CⅡprotein PL /OL cⅠ PRM PR / OR cro PRE
第二节 溶原化途径的维持
一、CI蛋白功能
清晰的噬菌斑（Clear plaquea） RM：repressor maintenance 二．CI蛋白的结构 分子量为27KDa，具有两个功能区 (1) N端功能区，1~92aa，操纵基因结合区; (2) C端功能区,132～236aa，负责形成二聚体。
λ 噬菌体线状 DNA 注入细菌 att 粘端配对 R
裂解途径
R cos 由宿主细胞的 连接酶封闭 切口 双向复制 早期蛋白表达
早期蛋白不表达 Int 蛋白表达 早期蛋白 不表达 晚期蛋白 蛋白表达
溶原途经
A cos R Att 线状基因组 的多连体 cos 由 A 蛋白 进行裂解 bio 包装到衣壳中
Delayed early activetion cⅡ/cⅢ regulators 7 recombination genes 2 replication genes Q＝antiterminator
cⅠrepressor
LYSOGENIC MAINTENANCE Late 10 head genes 11 tail genes 2 lysis genes
第十七章噬菌体的裂解途径和 溶原化途径的选择和调控
第一节 λ噬菌体的基因组及早、晚期转 录 一． 裂解的级联调节 λ噬菌体长48502nt 共61个基因，其中32个较为重要 溶原化周期 (LYSOGENIC ) 裂解周期(LYTIC)
位点或基因
PL,OL, PR,OR tR (1,2,3,4,5) tL(1,2) PRE PI PaQ PRM PR ′ nutL, nutR qut cro cI cⅡ cⅢ
Fig The lambdan regulatory region contains a cluster of trans-actiong functins and cis-acting elements.
Immediate early transcription is terminated by rho factor Promoter Terminator
• 三.阻遏物与DNA的结合及调机制
螺旋转角螺旋(helix-turn-helix,HTH) 识别螺旋（recognition helix）
• 四.反义RNA调控
1.PAQ 抑制 Q 基因 表达 2.P RE 抑制 cro 基因 表达
• 五.反向调节
DNA that encodes the site of retroregulation after the λ int gene 5’－TGATGACAAAAAATTAGCGCAAGAAGACAAAAATCACCTTGCGCTAATGCTCTGT… 3’－ACTACTGTTTTTTAAT CGCGTTCTTCTGTTTTTAGTGGAACGCGATTACGAGACA… Site termination without antitermination activity of N protein U U G U C U U U U U A G
InitiationБайду номын сангаас
Elongation
Terminatin
Delayed early transcription is extended by factors that act at nut CGCTCTTANNNNNNNNNAGCCCTGAAPuAAGGGCA GCGAGAATNNNNNNNNNTCGGGACTTPyTTCCCGT
CⅠ蛋白 的合成是 通过CⅡ 蛋白激活 和RNA 聚合酶在 PRE上的 转录
仅被 CⅡ结合 被 CⅡ + 聚 合 酶 结 合
－50 －40 －30 －20 －10
－35 顺序为
+10 起始点
－10 顺序为
TTGACA TATAAT GCAACGCAAACAAACGTGCTTGGTATACATTCATAAAGGAATCTA CGTTGCGTTTGTTTGCACGAACCATATGTAAGTATTTCCTTAGAT
OR /PR Repressor prevents RNA polymerase from binding PR
Fig17- Lysogeny is maintaned by an autogenous circuit.
LYSOGENY
INDUCTION
Cleaveage Cleaveage
Monomers are in equilibrium with dimers, which bind to DNA
gal E.coli gal att N R cos A J att
att
bio cos cos
成熟噬菌体颗粒 图 17 - λ 噬菌体生活史简图
LYTIC CASCADE
LYSOGENIC ESTABLISHMENT repression
Immediate early cro =negative regulator N ＝antiterminator
boxA nut
boxB
NusG NusA pN NusB-S10(NusE) Initiation Factors bind to RNA polymerase
RNA polymerase continues
Fig. 17- Ancillary factors bind to RNA polymerase as it passes certain sites
噬菌体的早，晚期转录
R3
R2 R1 PROR cro nutR tR1 att int Pi xis cⅢ tL1 N nutL
L1 L2
R5 cⅡOP tR2 Q tR3 R4 PR’qnt tR4S R A W
PLOL cⅠPRM
PRE
PAQ
图 17- λ 噬菌体的启动子和不同时期的转录
裂解周期的启动子 头部基因 尾部基因 AWBCNu3DEFⅠFⅡZU V G THMLKIJ 下列行为所需： 溶原化 溶原化和裂解 溶原化 裂解 溶原化 裂解 重组区 att int xis α β γ
Fig 17- repressor synthesis is estabished by the action of CⅡand RNA polymeras at PRE to initiate transcription that that extends from the antisense strand of the cⅠ gene.
CⅠ 蛋白 的 结构
UV可激活 Rec蛋白， 活化的Rec 蛋白可剪 切CⅠ蛋白
CⅠ蛋白 的N端含 有5个螺 旋,第2和 第3个螺 旋形成 HTH(螺旋 转角螺旋)
CⅠ蛋白二聚体N端的HTH和DNA 结合，螺旋3位于DNA的大沟
CⅠ蛋白与DNA结合的信号
螺旋2上具 有正调控 区，此区靠 近RNA聚合 酶及DNA上 的磷酸化位 点
表 17- CⅠ和 Cro 在 OR 不同区域上的结合浓度 Genotype OR+ OR1－ OR2－ OR1－OR2－ OR1－OR3－ CⅠ OR3 OR2 OR1 25 5 25 25 － 2 5 － 1 － 2 Cro OR3 OR2 OR1 1 1 1 1 － 8 8 － 8 － 8
― ― 25 －
Cleavage of monomers distubs equilibrium, so dimers dissociate
图 17- UV 的诱导可使 CⅠ蛋白解离
lacI E.coli λ PRM pMR1 IPTG λ cⅠ lacOP LacZ lacZ
cⅠprotein
图 17-
cⅠ对 PRM 双重调控作用的实验