WikiDer > FNR регулон

FNR regulon

В fnr (фумарат и нитрат редуктаза) ген кишечная палочка кодирует активатор транскрипции (FNR), который требуется для выражение ряда генов, участвующих в анаэробный респираторный пути. Белок FNR (регулятор фумарат и нитратредуктазы) Кишечная палочка реагирует на кислород регулятор транскрипции требуется для перехода с аэробный к анаэробный метаболизм.

Ген fnr экспрессируется как в аэробных, так и в анаэробных условиях и подвержен влиянию саморегуляция и подавление к глюкоза, особенно во время анаэробного роста. Функциональное состояние FNR определяется (быстрой) инактивацией FNR O2и медленная (постоянная) реактивация глутатионом в качестве восстанавливающего агента.[1]

Регулирование ФНР кислородом

Только если ни O2 ни нитрат доступны фумаратредуктаза и ферментативный ферменты синтезированы. Переход от аэробный нитратам и фумаратам дыхание или ферментация соответствует прогрессивному снижению выхода АТФ. Это положение гарантирует преимущественное использование акцепторы электронов с высоким АТФ урожайность, и осуществляется регуляторы отвечая на O2, нитрат и фумарат.

Наличие кислорода

Сенсорный домен FNR содержит кластер Fe-S, который относится к [4Fe-4S]2+ тип в анаэробных условиях. Кислород в цитоплазматический ФНР поступает через распространение и инактивирует FNR прямым взаимодействием. Кластер Fe-S преобразуется в [3Fe-4S]+ или [2Fe-4S]+ кислородом, что приводит к инактивации FNR. После продолжительной инкубации с кислородом кластер Fe-S разрушается путем преобразования в кластер [2Fe-2S] и, наконец, в apoFNR.

Регулирование FNR кислородом

Отсутствие кислорода

Взаимное преобразование активного и неактивного FNR - это обратимый процесс. Чувствительный к кислороду домен FNR содержит обнаженный на поверхности кластер Fe-S, который может реагировать с клеточными восстановителями, такими как глутатион или же тиол белки. IscS изофермент (ген iscS) является одним из наиболее важных требований для образования [4Fe – 4S] .FNR in vivo.[2] Образование [4Fe – 4S] FNR из apoFNR является частью синтеза активных FNR de novo. Для реакции требуется цистеин-десульфураза, которая катализирует десульфурация цистеина, обеспечивающего HS- (предположительно через связанный с ферментом персульфид) для образования кластеров FeS. Неизвестно, поддерживает ли глутатион также преобразование [2Fe – 2S] .FNR в [4Fe – 4S] .FNR. В бескислородных условиях [4Fe-4S] .FNR, связанный с 4 остатками цистеина, связывается с сайтами-мишенями ДНК и контролирует экспрессию соответствующих генов.

Кислород является фактическим сигналом для FNR, тогда как; сокращение служит постоянным обращением FNR в активное состояние. Однако для инактивации FNR требуется только окислитель, и не обязательно сам кислород. Феррицианид является в состоянии, in vivo и in vitro, чтобы способствовать инактивации функции FNR или разрушению [4Fe – 4S] .FNR путем окисления кластера.[3]

Гены, регулируемые FNR

FNR представляет собой главный переключатель, который обеспечивает аэробного дыхания используется вместо анаэробный респираторный метаболизм или же ферментацияпросто потому, что важные анаэробные гены не экспрессируются, если FNR не находится в своей активной (анаэробной) форме. FNR - очень важный транскрипционный фактор, который участвует в регуляции синтеза многих генов.[4] Важные группы FNR-регулируемых генов E. coli

Функция генных продуктовПример
Респираторные ферментыаноксическая, кислородная фумаратредуктаза (frdABCD)
Трансмембранные носителиВытекание нитритов (НАРК)
Анаэробный катаболизмферментация Пируват формиат-лиаза (pflA)
Генные регуляторыArcA, FNR, (NarX)
Регулирование гена Nar и arfM с помощью FNR (активировано)

Активный FNR белок активирует и подавляет цель гены в ответ на анаэробиоз. Он также подавляет аэробные гены, цитохром d и o оксидазу и НАДН-дегидрогеназу II. Он действует как положительный регулятор генов, экспрессируемых в анаэробных ферментативных условиях, таких как аспартаза, формиатгидрогеназа, фумаратредуктаза и пируватформиатлиаза.[5]

Регулирование системы ArcA

Arc A регулируется FNR в анаэробных условиях. Анаэробная активация транскрипции arcA увеличивается в 3-4 раза в присутствии Fnr. Регуляторная область, расположенная выше arcA, содержит пять предполагаемых промоторных последовательностей и предполагаемый сайт связывания Fnr. Идентификация сайтов начала транскрипции указывает на то, что транскрипция происходит в аэробиозе с трех конститутивных вышестоящих промоторов (Pе, Пd, Пc). При анаэробиозе дополнительный полностью Fnr-зависимый транскрипт, начинающийся с Pа, настоящее. Оба эти гена затем негативно регулируют ген sodA, кодирующий супероксиддисмутазу марганца.[6]

Регулирование системы NarX / NarL

Продукт гена fnr, a плейотропный активатор транскрипции, требуется для выражения опероны кодирующие комплексы нитрат- и фумаратредуктаз. FNR, эффективный респираторный оксидант, индуцирует синтез нитратных респираторных ферментов и одновременно подавляет синтез ферментов для дыхания акцепторов с более низким потенциалом.

У Escherichia coli анаэробная экспрессия генов, кодирующих нитратные (narGHJI) и диметилсульфоксидные (dmsABC) терминальные редуктазы, стимулируется глобальным анаэробным регулятором - FNR. Было высказано предположение, что способность FNR активировать инициацию транскрипции зависит от белок-белковые взаимодействия между РНК-полимеразой и двумя активирующими областями (AR) FNR, FNR-AR1 и FNR-AR3. Кроме того, в присутствии активированного narL эффект связывания FNR с RNAP значительно снижается.[7]

Эукариотическая система, имеющая гомолог FNR

В Fusarium oxysporum, член грибы семейство, содержит уникальный цитохром P-450, чьи гены при секвенировании демонстрируют ту же последовательность, что и сайт связывания FNR, ДНК-связывающего, O2-сенсорного белка, который положительно регулирует экспрессию гипоксических сайтов в E. coli. Эти результаты открывают интересную возможность того, что экспрессия грибковой системы денитрификации также регулируется набором механизмов, то есть комбинацией FNR-подобной системы и системы, отвечающей на нитрат / нитрит.[8]

Рекомендации

  1. ^ Чувствительный к кислороду регулятор транскрипции FNR Escherichia coli: поиск сигналов и реакций: Готфрид Унден; Ян Ширавски. Молекулярная микробиология 25: 205-210. 1997 г.
  2. ^ Цистеиновая десульфураза, IscS, играет важную роль в образовании кластеров Fe-S in vivo у Escherichia coli. Schwartz et al. Proc Natl Acad Sci U S A.97. 2000 г.
  3. ^ Контроль функции FNR Escherichia coli с помощью O2 и условия восстановления: G. Unden, S. Achebach, G. Holighaus, H.-Q. Тран, Б. Ваквиц и Ю. Цойнер. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 4: 263-268. 2002 г.
  4. ^ Переоценка FNR Regulon и транскриптомный анализ эффектов нитратов, нитритов, NarXL, и NarQP в качестве Escherichia coli K12 Адаптируется от аэробного к анаэробному росту: Кристала Константиниду, Джон Л. Хобман, Лесли Гриффитс, Мала Д. Патель, Чарльз У. Пенн, Джеффри А. Коул и Тим У. Овертон. ЖУРНАЛ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ. 281: 4802–4815. 2006 г.
  5. ^ Регулируемая кислородом экспрессия генов в Escherichia coli: Лекция премии Марджори Стивенсон 1992 г., Джон Р. Гест. Журнал общей микробиологии. 138, 2253-2263. 1992 г.
  6. ^ Анаэробная активация транскрипции arcA в Escherichia coli: роли Fnr и ArcA: Inès Company, Danlèle Touati. Молекулярная микробиология. 11: 955–964. 1994 г.
  7. ^ FNR-зависимая активация промоторов dmsA и narG класса II Escherichia coli требует FNR-активирующих областей 1 и 3 - Карин Э. Ламберг, Патриция Дж. Кили
  8. ^ Цитохром P-450, ген цитохрома P-450, CYP 55, гриба оксидредуктазы Fusarium oxysporum Содержит потенциальный сайт связывания для FNR, фактора транскрипции, участвующего в регуляции анаэробного роста кишечная палочка: Дайсуке Томура, Эндзи Обика, Киёси Фукамизу и Ирофуми Шоун. Журнал биохимии. 116: 88-94. 1994 г.