Основы молекулярной биологии. Часть 2: Молекулярные генетические механизмы - А.Н. Огурцов 2011

Контроль генной экспрессии
Двухкомпонентные системы регуляции

В рассмотренном выше примере контроль репрессии гена glnA Е. coli зависит от двух белков NtrB и NtrC. Такие двухкомпонентные регуляторные системы контролируют большое число процессов реакции бактерий на изменение внешней среды.

Например, регуляцию транскрипции Е. coli в ответ на изменение концентрации свободных фосфатов обеспечивают два белка PhoR и PhoB (рисунок 26).

PhoR - это трансмембранный белок, расположенный на плазматической (внутренней) мембране бактерии. Периплазматический домен белка PhoR связывает фосфат, а цитозольный домен обладает активностью протеин-киназы. Белок PhoB является цитозольным. Большие поры, образуемые во внешней мембране Е. coli белками поринами, позволяют ионам свободно диффундировать между внешней средой и периплазматическим пространством. Если концентрация фосфора снижается вне бактерии (а, следовательно, и в периплазматическом пространстве), то фосфат диссоциирует с PhoR периплазматического домена (рисунок 26).

Диссоциация фосфата вызывает конформационное изменение PhoR-цитоплазматического домена, которое стимулирует его протеин-киназную активность. Активированный PhoR сначала переносит у-фосфат с АТФ на гистидин (Н) в самом PhoR-киназном домене.

Этот же фосфат затем переносится на определённый аминокислотный остаток Asp (D, аспарагиновая кислота) в PhoB, тем самым "активируя" активатор транскрипции. Фосформированный, активный PhoB затем способен индуцировать транскрипцию нескольких генов, что позволяет клетке "бороться" с низкой концентрацией фосфора.

Многие другие бактериальные реакции регулируются двумя белками подобно PhoR и PhoB.

Рисунок 26 - Двухкомпонентная система регуляции

В каждой из таких регуляторных систем один белок, называемый сенсором, имеет трансмиттерный (передающий) домен, подобный PhoR протеин-киназному домену. Трансмиттерный домен сенсорного белка регулируется другим, уникальным в каждом случае, доменом (например, периплазматическим доменом PhoR), который "чувствует" изменения в окружающей среде.

Другой белок, называемый регулятором отклика, содержит домен-ресивер (приемник), подобно области D в PhoB (рисунок 26), которая фосфорилируется при активации PhoR. Домен-ресивер регулятора отклика связан с другим доменом (функциональным), который определяет функцию белка. Активность этого второго функционального домена регулируется фосфорилированием домена-ресивера.

Хотя все трансмиттерные домены подобны между собой (та же, как подобны между собой и домены-ресиверы), трансмиттерные домены специфических сенсорных белков будут фосфорилировать только определённые домены-ресиверы определённых регуляторов отклика, обеспечивая специфический отклик на различные изменения окружения.

Заметим, что NtrB и NtrC, обсужденные ранее, работают как сенсор и регулятор отклика, соответственно, в двухкомпонентной регуляторной системе, которая регулирует транскрипцию glnA.

Подобная двухкомпонентная фосфорочувствительная система, подобная His-Asp, обнаружена и в растениях.