Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Биологический процесс
Biological process
Ответ SOS – это глобальная реакция на повреждение ДНК, при которой клеточный цикл останавливается и индуцируются репарация ДНК и мутагенез. В этой системе участвует белок RecA (Rad51 у эукариот). Белок RecA, активируемый одноцепочечной ДНК, участвует в инактивации репрессора (LexA) генов, отвечающих за SOS-ответ, тем самым вызывая этот ответ. Это система репарации, склонная к ошибкам, которая существенно способствует изменениям ДНК, наблюдаемым у широкого спектра видов.
The SOS response is a global response to DNA damage in which the cell cycle is arrested and DNA repair and mutagenesis are induced. The system involves the RecA protein (Rad51 in eukaryotes). The RecA protein, stimulated by single stranded DNA, is involved in the inactivation of the repressor (LexA) of SOS response genes thereby inducing the response. It is an error prone repair system that contributes significantly to DNA changes observed in a wide range of species.
Открытие
Ответ SOS был сформулирован Эвелин Виткин. Позже, изучая фенотипы мутировавшей E. coli, она и постдокторант Мирослав Радман детально описали реакцию SOS на ультрафиолетовое излучение у бактерий. Открытие SOS-реакции на повреждение ДНК стало основополагающим, поскольку это был первый координированный ответ на стресс, который был детально изучен.
The SOS response was articulated by Evelyn Witkin. Later, by characterizing the phenotypes of mutagenised E. coli, she and post doctoral student Miroslav Radman detailed the SOS response to UV radiation in bacteria. The SOS response to DNA damage was a seminal discovery because it was the first coordinated stress response to be elucidated.
Механизм
Во время нормального роста гены SOS негативно регулируются димерами репрессорного белка LexA. В нормальных условиях LexA связывается с консенсусной последовательностью 20 пар оснований (коробка SOS) в операторной области этих генов. Некоторые из этих SOS-генов экспрессируются на определенных уровнях даже в подавленном состоянии, в зависимости от сродства LexA к их SOS-коробке. Активация генов SOS происходит после повреждения ДНК, вызванного накоплением одноцепочечных участков (ssDNA), образующихся на репликационных вилках, где ДНК-полимераза блокируется. RecA формирует филамент вокруг этих участков ssDNA в АТФ-зависимом процессе и активируется. Активированная форма RecA взаимодействует с репрессором LexA, облегчая саморасщепление репрессора LexA от оператора. Как только концентрация LexA снижается, подавление генов SOS уменьшается в зависимости от уровня сродства LexA к SOS-коробкам. Повышенная частота мутаций во время SOS-ответа обусловлена тремя ДНК-полимеразами с низкой точностью: Pol II, Pol IV и Pol V.
During normal growth, the SOS genes are negatively regulated by LexA repressor protein dimers. Under normal conditions, LexA binds to a 20 bp consensus sequence (the SOS box) in the operator region for those genes. Some of these SOS genes are expressed at certain levels even in the repressed state, according to the affinity of LexA for their SOS box. Activation of the SOS genes occurs after DNA damage by the accumulation of single stranded (ssDNA) regions generated at replication forks, where DNA polymerase is blocked. RecA forms a filament around these ssDNA regions in an ATP dependent fashion, and becomes activated. The activated form of RecA interacts with the LexA repressor to facilitate the LexA repressor's self cleavage from the operator. Once the pool of LexA decreases, repression of the SOS genes goes down according to the level of LexA affinity for the SOS boxes. The increased rate of mutation during the SOS response is caused by three low fidelity DNA polymerases: Pol II, Pol IV and Pol V.
Наряду с генетической устойчивостью, SOS-ответ может также способствовать фенотипической устойчивости. В этом случае геном сохраняется, в то время как другие негенетические факторы изменяются, чтобы обеспечить выживание бактерий. Например, SOS-зависимая система токсин-антитоксин tisB-istR связана с индукцией персистирующих клеток, зависящей от повреждения ДНК.
As well as genetic resistance the SOS response can also promote phenotypic resistance. Here, the genome is preserved whilst other non genetic factors are altered to enable the bacteria to survive. The SOS dependent tisB istR toxin antitoxin system has, for example, been linked to DNA damage dependent persister cell induction.
Испытания на генотоксичность
У Escherichia coli различные классы агентов, повреждающих ДНК, могут инициировать SOS-ответ, как описано выше. Используя оперативный синтез, при котором оперон *lac* (ответственный за производство β-галактозидазы, белка, расщепляющего лактозу) помещен под контроль белка, связанного с SOS-системой, становится возможным простое колориметрическое определение генотоксичности. К бактериям добавляют аналог лактозы, который затем расщепляется β-галактозидазой, образуя окрашенное соединение, количественно измеримое с помощью спектрофотометрии. Интенсивность окраски косвенно отражает количество произведенной β-галактозидазы, которое, в свою очередь, напрямую связано с уровнем повреждения ДНК. Штаммы E. coli дополнительно модифицированы, чтобы содержать ряд мутаций, включая мутацию *uvrA*, делающую штамм дефицитным по системе иссечения, что усиливает ответ на определенные повреждающие ДНК агенты, а также мутацию *rfa*, делающую бактерии дефицитными по липополисахаридам, что облегчает диффузию определенных химических веществ в клетку для индукции SOS-ответа. Доступны коммерческие наборы для измерения первичного ответа клеток E. coli на генетическое повреждение, которые могут быть тесно коррелированы с тестом Эймса для определенных веществ.
In Escherichia coli, different classes of DNA damaging agents can initiate the SOS response, as described above. Taking advantage of an operon fusion placing the lac operon (responsible for producing beta galactosidase, a protein which degrades lactose) under the control of an SOS related protein, a simple colorimetric assay for genotoxicity is possible. A lactose analog is added to the bacteria, which is then degraded by beta galactosidase, thereby producing a colored compound which can be measured quantitatively through spectrophotometry. The degree of color development is an indirect measure of the beta galactosidase produced, which itself is directly related to the amount of DNA damage. The E. coli are further modified in order to have a number of mutations including a uvrA mutation which renders the strain deficient in excision repair, increasing the response to certain DNA damaging agents, as well as an rfa mutation, which renders the bacteria lipopolysaccharide deficient, allowing better diffusion of certain chemicals into the cell in order to induce the SOS response. Commercial kits which measures the primary response of the E. coli cell to genetic damage are available and may be highly correlated with the Ames Test for certain materials.
Цианобактерии
Цианобактерии, единственные прокариоты, способные к фотосинтезу с выделением кислорода, являются основными производителями кислородной атмосферы Земли. Морские цианобактерии Prochlorococcus и Synechococcus, по-видимому, обладают системой SOS для репарации ДНК, аналогичной системе E. coli, поскольку они кодируют гены, гомологичные ключевым генам SOS E. coli, таким как lexA и sulA.
Cyanobacteria, the only prokaryotes capable of oxygen evolving photosynthesis, are major producers of the Earth’s oxygenic atmosphere. The marine cyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus appear to have an E. coli like SOS system for repair of DNA, since they encode genes homologous to key E. coli SOS genes such as lexA and sulA.