Микоплазмы: гены репликации
Вероятный сайт начала репликации ДНК (oriC) был идентифицирован у некоторых видов микоплазм. Структурно он похож на oriC грамположительных бактерий и содержит многократно повторенные DnaA-боксы - последовательности, с которыми предположительно связывается белок DnaA, образуя комплекс инициации репликации ( Fujita et al., 1992 ; Ye et al., 1994 ; Hubert et al., 1996 ). После инициации репликация хромосомы идет в обе стороны от oriC ( Fujita et al., 1992 ; Miyata et al., 1993 ).
Согласно генетическим и биохимическим исследованиям, инициация репликации ДНК микоплазм, как и хромосом других бактерий, обладающих клеточной стенкой, начинается с активации гена dnaA.
Ген dnaA идентифицирован в секвенированных геномах Mycoplasma pneumoniae и M. genitalium , однако его роль в репродукции клеток изучена только у M. саpricolum ( Miyata, Fukumura, 1997 ). В геноме этой микоплазмы найдены четыре последовательности нуклеотидов, гомологичныx соответствующим сайтам связывания DnaA в области начала репликации генома Escherichia coli. Скорость движения репликационной вилки у M. capricotum составляет примерно 6т. п. н. в 1 мин, что в 10 раз меньше скорости репликации ДНК Е. coli. Весь нуклеоид M. capricolum реплицируется за 94 мин ( Woelker, Messer, 1993 ).
Большинство бактерий обладает тремя различными ДНК-полимеразами. ДНК-полимераза I (Pol I) участвует в репарации ДНК, ДНК-полимераза II (Pol II) не имеет известной значимой функции и ДНК-полимераза III (Pol III) обеспечивает репликацию бактериальной хромосомы ( McMacken et al., 1987 , Yoshikawa, Wake, 1998 ). В клетках Е. coli Pol I также участвует в процессе репликации, удаляя с помощью 5'-3'-экзонуклеазной активности РНК-затравки на отстающей нити репликативной вилки.
Ген ро1С и соответствующая ему Pol III были охарактеризованы у M. pulmonis ( Barnes et al., 1994 ). Подобно Pol III грам- положительных бактерий этот фермент обладает полимеразной и экзонуклеазной активностями ( Barnes et al., 1992 ). Полимеразная активность Pol III микоплазмы также может быть ингибирована 6- (р-гидроксифенилазо)-урацилом (HPUra) - специфичным агентом, ингибирующим Pol III грамположительных бактерий ( Brown et al., 1986 ). Кодируемая геном роlС M. pulmonis аминокислотная последовательность содержит характерные мотивы 3'-5'- экзонуклеазной активности и HPUra-чувствительной полимеразной активности. Таким образом, Pol III M. pulmonis имеет большее сходство с Pol III грамположительных бактерий, чем с Pol III Е. coli. Присутствие нуклеотидных последовательностей, гомологичных роlС, в геномах микоплазм других видов свидетельствует, что все они обладают этим ферментом ( Bork et al., 1995 ; Fraser et al., 1995 ).
В клетках M. pulmonis выявлена также вторая ДНК-полимеразная активность, резистентная к HPUra и лишенная экзонуклеазных свойств. Этот фермент может быть аналогичен ДНК-полимеразам, выявленным у микоплазм разных видов. Полный комплект всех трех ДНК-полимераз выявлен у Spiroplasma и Acholeplasma ( Charron et al., 1982 ). В клетках микоплазм других видов также была обнаружена активность ДНК-полимераз, отличных от Pol III ( Mills et al., 1977 ; Boxer, Korn, 1979 ; Maurel et al., 1989 ; Barnes et al., 1994 ). Однако анализ нукдеотидной последовательности геномной ДНК M. genitalium показал присутствие только одного гена роlС ( Fraser et al., 1995 ). В геноме M. genitalium также обнаружена короткая ОРС (MG262, 875 н. п.), обладающая гомологией с геном роlA, кодирующим PolI. Скорее всего, этот ген кодирует 5'-3'-экзонуклеазу, а не полимеразу, так как фрагмент polA- подобной последовательности соответствует N-концевой части PolI, т. е. домену фермента, ответственному за экзонуклеазную, а не полимеразную активность ( Gutman, Minton, 1993 ).
В геноме M. pneumoniae также обнаружена ОРС МР291 (875 н. п.), гомологичная части гена ро1А и предположительно кодирующая 5'-3'- экзонуклеазу ( Himmelreich et al., 1996 ). Поскольку в геномах M. genitalium и M. pneumoniae не выявлен гомолог РНКазы, предполагают, что ферменты, кодируемые MG262 и МР291, выполняют функции экзонуклеазы ( Mushegian, Koonin, 1996 ). Таким образом, если микоплазмы и обладают ДНК-полимеразой, отличной от Pol III, то этот фермент не имеет гомологии с другими известными бактериальными ДНК-полимеразами.
Очевидно, что количество ДНК-полимераз у микоплазм сведено к минимуму. В процессе редуктивной эволюции системы ДНК-полимераз сохранена Pol III, обеспечивающая репликацию хромосомной ДНК и необходимая для деления клеток.
Возможно, что выявленная у M. genitalium и M. pneumoniae 5'-3'- экзонуклеаза, обладающая гомологией с аминотерминальным концом Pol I, позволяет компенсировать отсутствие PolI при работе систем репарации. Непохоже, что нестабильность генома у микоплазм связана с ограниченностью системы репликации.
Смотрите также:
