REGULACIÓN DEL CICLO DEL FAGO λ
En los años 50, A. Lwoff, observó que cepas de E.coli sometidas a UV, después de 90’, dejaban de crecer y lisaban, liberando fagos λ. Si estos fagos λ infectaban otras cepas de E.coli, algunas lisaban, mientras que otras seguían creciendo, a no ser que se las sometiese a radiación UV, cuando lisaban y liberaban fagos. Este ciclo debía estar regulado a nivel de transcripción. Fue estudiado por Jacob y Monod, que ganaron el Nobel. Fago λ Tiene DNA de cadena doble, lineal, pero tiene extremos cohesivos cos, que al entrar en las células bacterianas se circularizan. El DNA tiene unas 48,5 Kb, aproximadamente unos 40 genes. Muchos de estos genes están organizados en forma de operones, en muchos casos. Diferenciaríamos entre genes tempranos y tardíos. Dentro de los tempranos distinguiríamos entre inmediatos y retardados. Cuando el fago entra en una bacteria, siempre se inicia una la síntesis de los genes tempranos. Si se expresan los genes tardíos, se entrará en fase lítica. Genes tempranos inmediatos Gen N: Codifica una proteína, N, que es un factor antiterminador, que provoca la expresión de los genes tempranos retardados. Gen cro: Impide la síntesis del represor. Acaba la expresión de los genes inmediatos tempranos cuando ya no se necesitan. Genes tempranos retardados
Genes de recombinación Genes de replicación Genes de regulación: cII, cIII y Q cII y cIII son necesarios para iniciar la transcripción del gen cI Q codifica la proteína Q, que es un factor antiterminador que permite la transcripción de los genes tardíos Una vez se ha sintetizado la proteína N, ésta proteína impide que la polimerasa se detenga en el terminador, permitiendo que se transcriban los genes que hay al otro lado. Permiten saltarse los terminadores. Los genes tardíos se sintetizan a partir de un promotor, el PR’. Es constitutivo, pero tiene un terminador TR’ situado. Si no hay proteína Q, no se podrá superar el terminador. Por lo tanto, es la proteína Q la que permite sintetizar los genes tardíos. La lísis está ligada a la antiterminación. Se necesita que los genes tempranos inmediatos esten adyacentes a los retardados, solo separados por lo terminadores. Estos procesos de antiterminación se pueden dar en muchos fagos, pero se descubrieron en λ. Se conocen como genes adyacentes aquellos genes separados únicamente por los terminadores. El lugar de reconocimiento es diferente del lugar de actuación. Son básicas para este proceso las cajas nut. La proteína N actuará en la caja nut, permitiendo así a las polimerasas sobrepasar los terminadores. Conocemos dos cajas nut, la nutL y la nutR, en función de si permiten sobrepasar el terminador TL o TR1. Estas cajas nut son las que permiten pasar de los genes inmediatos tempranos a los retardados. Cuando la polimerasa pasa por la caja nut, la proteína N se le une, permitiendo así que supere los terminadores. La caja qut desempeña una función idéntica en la antiterminación para pasar a los genes tardíos. Además de la proteína N harán falta otros factores, que serán los factores Nus, como Nus A, Nus B – S10 o Nus G. Sin estos factores no habrá antiterminación. En principio Nus A sería un factor terminador, pero a partir de N se organiza un complejo proteico necesario para que la polimerasa no se detenga en los terminadores.
Respuesta SOS en E.Coli
Se trata de un conjunto de mecanismos que se observan cuando se somete a las células a daños considerables en su DNA, a causa de rayos UV, por ejemplo. Se trata de una capacidad incrementada de reparación del DNA. Los responsables de esta capacidad son los genes SOS, de los que se conocen entre 15 y 20. Todos estos genes están regulados de manera coordinada por la proteína represora LexA, del gen lexA. Se conce este mecanismo como regulón. Existe un gen, el recA, que codifica para la proteína RacA, que es la inductora de la respuesta del regulón. El gen lexA es capaz de autorregularse, y de regular a recA. La proteína RecA se activa al sufrir daños, provocando la degradación del represor. En una situación normal,LexA está reprimida, por lo que no habrá transcripción de los genes SOS, y sólo habrá transcripción basal de lexA y de recA. En una situación donde se producen daños, RecA se activará, degradando la proteína LexA, por lo que se iniciará la transcripción de los genes SOS, con lo que también habrá una mayor transcripción de los genes recA y lexA. La transcripción de los genes SOS estimula los mecanismos de reparación de la célula, como por ejemplo los genes uvrA, uvrB,… La síntesis de recA inhibe la acción incrementada de recA. Cuando cesa la situación de emergencia, se puede volver a reprimir los genes SOS, debido a la síntesis existente de lexA.
Activación de RecA
No se conoce el mecanismo exacto in vivo, pero se cree que en condiciones in vitro la proteína es capaz de reconocer cadenas de DNA sencillas, de una sola cadena. Esto sólo se ha podido comprobar in vitro. Los promotores de los genes SOS han de tener alguna secuencia conservada, de manera que puedan ser reconocidos por LexA. Se ha comprobado que todos tienen lo que se conoce como la caja SOS. Se trata de una secuencia consenso. La caja SOS consta de 20 nucleótidos, de los cuales 7 son siempre iguales. La posición de la caja SOS va variando. El gen uvrB está regulado sólo en parte por el sistema SOS, ya que tiene 2 promotores y solo un sistema SOS. Parece ser que siempre habrá un mínimo de transcripción de uvrB, por lo que habrá un sistema de reparación rápido.
Terminación de la trancripción
No existe una secuencia consenso a partir de la cual se detenga la transcripción, sino que la terminación de la transcripción se da gracias a secuencias ya transcritas de RNA. Se trata de regiones ricas en G y C, con lo que la polimerasa irá más lenta. Además, en esas regiones, las bases etán colocadas de manera que al irse transcribiendo se de complementariedad en el RNA y se formen bucles o “hairpins”. En E.coli se conocen 2 tipos de terminación de la transcripción. Intrínsecas o independientes de rho Este tipo de terminación depende solo de la secuencia. Se trata de regiones ricas en G y C, con simetrías para que se formen los hairpins cerca del final del gen, a unos 20 nucleótidos. Además encontramos una tira de A en la cadena molde, de entre 6 y 8 bases, justo después de la formación de los hairpins. La presencia de los hairpins provoca una ralentización de la polimerasa, que no será suficiente para terminar la transcripción. La cadena de A provoca que la polimerasa se pueda liberar, ya que es un fragmento muy débil. Dependientes de rho Su estructura no está tan bien definida como en el caso anterior. Se cree que existen regiones que permiten la formación de los bucles, pero que en este caso no existe la tira de A al final. Para terminar la transcripción necesita la colaboración de la proteína rho. Rho es una proteína con función ATPasa. Rho se una al RNA en una relación de 1 a 1. Se cree que rho se va deslizando por la cadena de RNA que está sintetizando la polimerasa, hasta que la alcanza, ya que está frenada en los bucles. La proteína es un hexámero que necesita unos 50 nucleótidos para poderse unir al RNA. Puesto que en bacterias la síntesis de proteínas se da de manera simultánea a la transcripción, la proteína rho no se podrá unir hasta que se haya sobrepasado el codón de terminación, mientras que la transcripción continuará más allá. En E.coli existe un factor que se puede unir a la polimerasa, siempre y cuando no este σ. Este factor se conoc como NusA podría provocar que la polimerasa se frenase al llegar al bucle del final.
