BioScience Blog – Научный Биологический блог

Бактерии используют различные регуляторные механизмы для контроля экспрессии генов. Один из важных механизмов регуляции генов связан с образованием вторичной структуры мРНК в регуляторной (или лидерной) области гена. Рибосомный белок связывается с регуляторным сайтом мРНК, имитирующим сайт связывания этого белка с рибосомальной РНК. При связывании запирается сайт инициации трансляции и рибосомальные гены не экспрессируются.

Используя известные регуляторные сайты, мы построили паттерн и использовали его для поиска потенциальных регуляторных структур в бактериальных геномах. Кроме того, регуляторные сайты были уточнены методами сравнительного анализа. Был проведен эволюционный анализ регуляции и показана вариабельность регуляции рибосомных белков.

Для анализа регуляции нами были использованы следующие программы: для построения рибосомальных оперонов и поиска ортологов GenomeExplorer (Mironov, 2000) и Operon (Витрещак, unpublished); для выравнивай лидерных областей генов ClustalW (Thompson, 1997); для предсказания вторичной структуры мРНК mfold (Zuker, 2003) и Multal (Mironov, unpublished); для поиска регуляторных сигналов по паттерну RNApattern (Vitreschak, 2002).

Нами были рассмотрены лидерные области 6 оперонов: rpsO (SI5), a, spc (S8), S10 (L4), Ll-Lll, p (L10). На основании сравнения с известными структурами Е. coliбыли найдены регуляторные сайты для 16 других гамма-протобактерий. В результате сравнения этих участков были уточнены регуляторные структуры и выявлены наиболее консервативные участки.

Для оперона Ll-Lllбыл проведен массовый поиск регуляторных структур. На основании выборки известных регуляторных структур мы построили паттерн и провели поиск во всех доступных геномах. Регуляторный сайт был найден в различных группах (Грам-положительных бактериях, протеобактериях, цианобактериях, бактероидах и др.). При этом в некоторых группах бактерий регуляторные сайты найдены либо перед обоими генами оперона rplKи rplA(у бацилл, лактобацилл, и клостридий), либо только перед одним геном rplA(клостридий, актиномицеты, бактероиды, цианобактерии), либо перед геном rplK(альфа-, бета-, гамма-протобактерии). Обнаружена корреляция между локализацией регуляторной структуры и расстоянием между генами оперона. Для различных бактерий предсказана либо ко-трансляция, либо независимая трансляция генов rplKи rplA.

Таким образом, эволюционный анализ оперона Ll-Lllпоказал вариабельность регуляции генов рибосомных белков: разные бактерии выбирают различную регуляторную стратегию: (1) регуляторный сайт расположен перед первым геном оперона (трансляция второго гена сопряжена с трансляцией первого гена, классический случай, экспериментально изученный у Е. coli); (2) сайт расположен перед каждым из двух генов оперона (трансляция второго гена независима от трансляции первого и регулируется своим сайтом); (3) сайт расположен только перед вторым геном (в этом случае регулируется только трансляция белка L1). Было реконструировано дерево регуляторных событий для Ll-Lllоперона.