МИКРОБИОЛОГИЯ БИОЛОГИЯ ПРОКАРИОТОВ ТОМ III - А. В. ПИНЕВИЧ - 2009
ГЛАВА 19. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТРЕССЫ
19.2. Периплазматический стресс
От наружной мембраны и нериплазматического компартмента зависит жизнедеятельность грамотрицательных бактерий. Нарушение их целостности и/или функционирования вызывает периплазматический стресс (синонимы — экстрацитоплазматический стресс, мембранный стресс).
При периплазматическом стрессе Е. coli использует два разных механизма ответа. Первый из них контролируется альтернативным сигма-фактром σЕ, а второй — двухкомпонентной сигнальной системой CpxA/CpxR.
Ответ с помощью альтернативного сигма-фактора σЕ. Сигма-фактор σЕ, относящийся к ECF-подгруппе альтернативных сигма-факторов группы 3 (см. раздел 18.1.1.1). активируется в результате нарушения фолдинга белков, локализованных в ОМ или в периплазматическом компартменте. Хотя σЕ участвует, прежде всего, в периплазматическом стрессе, он активируется и при некоторых цитоплазматических стрессах, вызывающих денатурацию белков, например, при тепловом шоке или токсическом стрессе. Сигма- фактор σЕвзаимодействует в общей сложности с 47 промоторами, под контролем которых находятся ~100 генов. Большинство из них отвечает за биосинтез и фолдинг белков ОМ, а также биосинтез лииополиса- харидов. В частности, с помощью стЕ транскрибируются гены адаптивного ответа, кодирующие шапероны и протеазы, которые обеспечивают фолдинг белков в периплазматическом компартменте или расщепляют неправильно уложенные белки.
В отсутствии стресса транскрипционная активность σЕ блокируется «родственным» мембраносвязанным антисигма-фактором RseA, цитоплазматический N-концевой домен которого встраивается между двумя промотор-распознающими доменами σЕ и препятствует взаимодействию последнего с кор-ферментом РНК-полимеразы.
При стрессе сигнал, свидетельствующий о нарушении состояния клеточной оболочки, передается сигма-фактору σЕ посредством регулируемого интрамембранно- го протеолиза (англ. regulated intramembrane proteolysis; Riр), т. е. процессинга антисигма-фактора RseA с использованием двух последовательно действующих мембраносвязанных ферментов: сериновой протеазы DegS, играющей роль сенсора, и цинковой протеазы RseP (YaeL). После расщепления цитоплазматического домена антисигма-фактора RseA по остаткам Val-148 и Ser-149 сигма-фактор сгЕ освобождается и присоединяется к кор-ферменту РНК-полимеразы.
DegS переходит в активное состояние в реззльтате взаимодействия с поринами, фолдинг которых нарушается под воздействием стрессора, и они приобретают развернутую конформацию. При этом С-концевой мотив Tyr-X-Phe неправильно уложенного порина связывается с PDZ-доменом протеазы DegS, устраняя внутреннее ингибирование ее активности.
PDZ-домен представляет собой последовательность из 80-90 а. о., имеющуюся в сигнальных белках бактерий, дрожжей, растений и животных. Акроним PDZ происходит от сокращенных названий трех белков — post synaptic density protein (PSD95), Drosophila disc large tumor supressor (DlgA) и zonula occludens-1 protein (zo-1), у которых в первую очередь был выявлен этот общий домен.
Ответ с помощью двухкомпонентной сигнальной системы СрхА/CpxR. Как и при ответе с помощью сигма-фактора σЕ, при ответе с помощью сигнальной системы Срх (сокр. англ. conjugative pilus; у штаммов с мутацией по гену срхА нарушена сборка F-фимбрии и, соответственно, конъюгативный перенос F- плазмиды) сенсор воспринимает искажение фолдинга белков и активирует экспрессию генов, кодирующих системы правильной укладки или деградации неправильно уложенных белков. Однако в данном случае используется не однокомпонентная, а двухкомпонентная сигнальная система, состоящая из сенсора, мембранной гистидинкиназы СрхА и цитоплазматического регулятора CpxR.
В отсутствии стресса сенсор СрхА образует комплекс с периплазматическим ингибитором CpxR. Под воздействием стрессора у Е. coli (характерным примером является сдвиг pH среды в щелочную сторону) нарушается фолдинг периилазматических белков, в частности субъединиц Р-фимбрий. Они связываются с ингибитором и деблокируют сенсор СрхА. Активированный сенсор передает сигнал регулятору CpxR, который активирует экспрессию до 14 генов регулона Срх, в число которых входят гены шаперонов, обеспечивающих фолдинг белков, и гены протеаз, устраняющих неправильно уложенные белки.
* * *
Экологические стрессы, послужившие темой этой главы, а также регуляторные системы, рассмотренные в предыдущей главе, имели отношение к автоэкологии прокариотов, т. е. индивидуальному существованию во взаимодействии с абиотическими факторами среды.
Теперь нам предстоит перейти к синэкологии прокариотов и проанализировать отдельные формы симбиозов, в которых участвуют бактерии или археи, обладающие разной степенью генетической автономии и разными физиологическими свойствами.