WikiDer > Номер копии плазмиды

Plasmid copy number

В клеточная биология, то количество копий плазмиды количество копий данного плазмида в камере. Чтобы гарантировать выживание и, следовательно, непрерывное размножение плазмиды, они должны регулировать количество своих копий. Если плазмида имеет слишком большое количество копий, они могут чрезмерно обременять своего хозяина, занимая слишком много клеточного оборудования и используя слишком много энергии. С другой стороны, слишком низкое количество копий может привести к тому, что плазмида не будет присутствовать во всех потомках их хозяина. Плазмиды могут быть плазмидами с высоким числом копий или плазмидами с низким числом копий; механизмы регуляции между этими двумя типами часто существенно различаются. Биотехнологии приложения могут включать инженерные плазмиды, чтобы обеспечить очень большое количество копий. Например, pBR322 представляет собой плазмиду с низким числом копий (~ 20 копий на клетку), из которой несколько клонирование векторов (~ 1000 копий на ячейку).[1]

Регулирование

Плазмиды с высоким числом копий, также называемые релаксированными плазмидами, требуют системы, гарантирующей, что репликация ингибируется, когда количество плазмид в клетке достигает определенного порога. Расслабленные плазмиды обычно регулируются одним из двух механизмов: антисмысловая РНК или Iteron связующие группы. Плазмиды с низким числом копий, также называемые строгими плазмидами, требуют более жесткого контроля репликации.

Плазмиды, производные ColE1: антисмысловая РНК

В ColE1 производных плазмид, репликация в первую очередь регулируется с помощью небольшой кодируемой плазмидой РНК, называемой РНК I. Единичный промотор инициирует репликацию в ColE1: промотор РНК II. РНК II стенограмма образует стабильный гибрид РНК-ДНК с цепью матрицы ДНК вблизи точки начала репликации, где она затем обрабатывается RNaseH произвести Праймер 3 'OH который ДНК-полимераза I использует для инициирования синтез ведущей цепи ДНК. РНК I служит основным ингибитором этого процесса, кодируемым плазмидой, концентрация которого пропорциональна количеству копий плазмиды. РНК I точно комплементарна 5'-концу РНК II (потому что она транскрибируется с противоположной цепи той же области ДНК, что и РНК II). РНК I и РНК II сначала образуют слабое взаимодействие, называемое комплексом поцелуев. Комплекс поцелуев стабилизируется белком, который называется Роп (репрессор праймера) и образуется двухцепочечный дуплекс РНК-I / РНК-II. Эта измененная форма предотвращает гибридизацию РНК II с ДНК и процессинг РНКазы H с образованием праймера, необходимого для инициации репликации плазмиды. Больше РНК I продуцируется, когда концентрация плазмиды высока, а высокая концентрация РНК I ингибирует репликацию, что приводит к регулированию числа копий.[2][3]

Плазмиды R1 и ColIb-p9: антисмысловая РНК

Большинству плазмид требуется кодируемый плазмидой белок, обычно называемый Rep, для разделения цепей ДНК на начало репликации (oriV) для инициации репликации ДНК. Rep связывается со специфическими последовательностями ДНК в oriV которые уникальны для плазмидного типа. Синтез белка Rep контролируется с целью ограничения репликации плазмиды и, следовательно, регулирования количества копий. Плазмиды R1 RepA можно транскрибировать с двух разных промоторов. Он производится от первого промотора до тех пор, пока плазмида не достигнет своего числа копий, после чего белок CopB репрессирует этот первичный промотор.[3] Экспрессия RepA также регулируется посттранскрипционно от вторичного промотора антисмысловой РНК, называемой CopA. CopA взаимодействует со своей РНК-мишенью в мРНК RepA и образует комплекс поцелуев, а затем дуплекс РНК-РНК. Полученная двухцепочечная РНК расщепляется РНКаза III, предотвращая синтез RepA. Чем выше концентрация плазмиды, тем больше продуцируется РНК CopA и тем меньше может быть синтезировано белка RepA, что увеличивает ингибирование репликации плазмиды.[4]

Col1b-P9: антисмысловая РНК

Репликация ColIb-P9 с низким числом копий зависит от Rep, который производится путем выражения repZ ген. repZ выражение требует формирования псевдоузел в мРНК. repZ репрессируется небольшой антисмысловой РНК Inc, которая связывается с repZ мРНК, образует дуплекс Inc РНК-мРНК и предотвращает образование псевдоузла для ингибирования repZ перевод в Rep. В этом случае репликация больше не может происходить.[5]

pSC101: плазмида Iteron

Плазмиды Iteron, в том числе F и RK2-связанные плазмиды, имеют oriV области, содержащие множественные (~ 3-7) повторы итероновых последовательностей 17-22 п.н.[3]pSC101 представляет собой простую модель плазмиды итерона. Плазмиды Iteron контролируют число копий двумя комбинированными методами, подходящими для плазмид с низким числом копий. Один из методов - это контроль синтеза RepA. RepA - единственный кодируемый плазмидой белок, необходимый для репликации в pSC101. Белок RepA подавляет собственный синтез, связываясь со своей собственной промоторной областью и блокируя транскрипцию самого себя (транскрипционная ауторегуляция). Таким образом, чем больше RepA производится, тем сильнее подавляется его синтез и, следовательно, ограничивается репликация плазмиды.[3] Гипотеза связывания предполагает, что второй метод представляет собой связывание плазмид через Rep-белок и итероновые последовательности. Когда концентрация плазмиды высока, плазмиды RepA, связанные с итеронами, образуют димеры между двумя плазмидами, «сковывая наручники» их в точке начала репликации и ингибируя репликацию.[6]

Несовместимость

Плазмиды могут быть несовместимы, если они используют один и тот же механизм контроля репликации. В этих условиях обе плазмиды вносят вклад в общее количество копий и регулируются вместе. Они не распознаются как отдельные плазмиды. Таким образом, становится гораздо более вероятным, что одна из плазмид может быть скопирована другой и потеряна во время деления клетки (клетка «излечивается» от плазмиды).[3] Это особенно вероятно для плазмид с низким числом копий. Плазмиды также могут быть несовместимы из-за общего системы перегородок.

Рекомендации

  1. ^ Борос, I; Pósfai, G; Венецианец, П. (октябрь 1984 г.). "Производные с большим числом копий вектора клонирования плазмиды pBR322". Ген. 30 (1–3): 257–60. Дои:10.1016/0378-1119(84)90130-6. PMID 6096220.
  2. ^ Чезарени, G; Helmer-Citterich, M; Кастаньоли, Л. (1991). «Контроль репликации плазмиды ColE1 с помощью антисмысловой РНК». Тенденции в генетике. 7 (7): 230–235. Дои:10.1016/0168-9525(91)90370-6. PMID 1887504.
  3. ^ а б c d е Снайдер, Ларри; Peters, Joseph E .; Хенкин, Тина М .; Чампнесс, Венди (2013). Молекулярная генетика бактерий (4-е изд.). ASM Press. ISBN 978-1555816278.
  4. ^ Blomberg, P; Nordström, K; Вагнер, Э. Г. (1992). «Контроль репликации плазмиды R1: синтез RepA регулируется РНК CopA посредством ингибирования трансляции лидерного пептида». Журнал EMBO. 11 (7): 2675–2683. ЧВК 556743. PMID 1378398.
  5. ^ Асано, К; Mizobuchi, K (1998). «Контроль количества копий плазмиды ColIb-P9 IncIalpha за счет конкуренции между образованием псевдоузлов и связыванием антисмысловой РНК в конкретном сайте РНК». Журнал EMBO. 17 (17): 5201–5213. Дои:10.1093 / emboj / 17.17.5201. ЧВК 1170848. PMID 9724656.
  6. ^ Kunnimalaiyaan, S; Inman, R. B .; Раковски, С. А .; Филутович, М. (2005). «Роль π-димеров в связывании (« наручниках ») γ ori итеронов плазмиды R6K». Журнал бактериологии. 187 (11): 3779–3785. Дои:10.1128 / JB.187.11.3779-3785.2005. ЧВК 1112066. PMID 15901701.