Plazmidový dělící systém - Plasmid partition system
Plazmid oddíl systém je mechanismus, který zajišťuje stabilní dědičnosti z plazmidů během bakteriálního buněčného dělení. Každý plazmid má svůj nezávislý replikační systém, který řídí počet kopií plazmidu v buňce. Čím vyšší je počet kopií, tím je pravděpodobnější, že dvě dceřiné buňky budou obsahovat plazmid. Obecně platí, že každá molekula plazmidu difunduje náhodně, takže pravděpodobnost, že bude mít dceřinou buňku bez plazmidu, je 2 1 − N , kde N je počet kopií. Pokud jsou například v buňce 2 kopie plazmidu, existuje 50% šance mít jednu dceřinou buňku bez plazmidu. Plazmidy s vysokým počtem kopií však mají pro hostitelskou buňku náklady. Tato metabolická zátěž je nižší u plazmidů s nízkou kopií, ale u těch je vyšší pravděpodobnost ztráty plazmidu po několika generacích. Pro ovládání vertikálního přenosu plasmidů, kromě systémů s řízeným replikace, bakteriální plasmidy používají různé strategie údržby, jako například multimerních systémů řešení , zabíjení systémů dodatečně segregační (závislost modulů) , a rozděl systémy.
Obecné vlastnosti systémů oddílů
Plasmidové kopie jsou spárovány kolem centromery like webu a poté rozděleny do dvou dceřiných buněk. Systémy oddílů zahrnují tři prvky uspořádané do automaticky regulovaného operonu :
- Místo DNA podobné centromere
- Centromérové vazebné proteiny (CBP)
- Motorový protein
Pro stabilitu plazmidu je v cis vyžadováno místo DNA podobné centromere . Často obsahuje jedno nebo více převrácených opakování, která jsou rozpoznána více CBP. To tvoří nukleoproteinový komplex nazývaný dělící komplex. Tento komplex rekrutuje motorický protein, což je nukleotid trifosfatáza (NTPase). NTPase využívá energii z NTP vazby a hydrolýzy k přímému nebo nepřímému pohybu a připojení plazmidů na konkrétní místo hostitele (např. Opačné póly bakteriálních buněk).
Systémy oddílů jsou rozděleny do čtyř typů, založených především na typu NTPase:
- Typ I: Walker typu P-loop ATPase
- Typ II: Actin-like ATPase
- Typ III: tubulin-like GTPase
- Typ IV: Žádná NTPase
| Typ | Motorový protein (NTPase) | Centromérní vazebný protein (CBP) | Vazebné místo podobné centromere | Jiné bílkoviny |
|---|---|---|---|---|
| Typ I | Odst | ParB nebo ParG | parS (Ia) nebo parC (Ib) | |
| Typ II | ParM | ParR | parC | |
| Typ III | TubZ | TubR | vany | TubY |
Systém oddílů typu I.
Tento systém používá také většina bakterií pro segregaci chromozomů . Oddělovací systémy typu I se skládají z ATPázy, která obsahuje Walkerovy motivy, a CBP, který je konstrukčně odlišný u typů Ia a Ib. ATPázy a CBP z typu Ia jsou delší než ty z typu Ib, ale oba CBP obsahují ve své N-koncové části argininový prst . Proteiny ParA z různých plazmidů a bakteriálních druhů vykazují 25 až 30% sekvenční identity s proteinem ParA plazmidu P1 . Oddíl systému typu I používá mechanismus „diffusion-ratchet“. Tento mechanismus funguje následovně:
- Dimery ParA-ATP se dynamicky vážou na nukleoidní DNA
- ParA ve svém stavu vázaném na ATP interaguje s ParB vázaným na parS
- ParB vázaný na parS stimuluje uvolňování ParA z nukleoidní oblasti obklopující plazmid
- Plazmid poté pronásleduje výsledný gradient ParA na obvodu oblasti nukleoidů ochuzené o ParA
- ParA, který byl uvolněn z nukleoidu za pohybem plazmidu, se po zpoždění redistribuuje do jiných oblastí nukleoidu
- Po replikaci plazmidu se sesterské kopie segregují na opačné poloviny buněk, když pronásledují ParA na nukleoidu v opačných směrech
V detailech mechanismů typu I pravděpodobně budou rozdíly.
Oddíl typu 1 byl matematicky modelován s variacemi výše popsaného mechanismu.
Typ Ia
CBP tohoto typu se skládá ze tří domén:
- N-koncová vazebná doména NTPase
- Centrální doména Helix-Turn-Helix (HTH)
- C-koncová dimerová doména
Typ Ib
CBP tohoto typu, také známý jako parG, se skládá z:
- N-koncová vazebná doména NTPase
- Doména Ribon-Helix-Helix (RHH)
U tohoto typu je Pars stránkách se nazývá parC .
Systém oddílů typu II
Tento systém je nejlépe srozumitelný ze systému dělení plazmidů. Skládá se z aktinu podobné ATPAse, ParM a CBP s názvem ParR. Místo podobné centromere, parC obsahuje dvě sady pěti přímých opakování 11 párů bází oddělených promotorem parMR . Identita aminokyselinové sekvence může klesnout až na 15% mezi ParM a jinou aktinovou ATPázou.
Zde zapojený mechanismus oddílu je tlačný mechanismus:
- ParR se váže na parC a páruje plazmidy, které tvoří nukleoproteinový komplex nebo dělící komplex
- Rozdělovací komplex slouží jako nukleační bod pro polymeraci ParM; V tomto bodě se vloží komplex ParM-ATP a odstraní plazmidy od sebe
- Inzerce vede k hydrolýze komplexu ParM-ATP, což vede k depolymerizaci vlákna
- Při buněčném dělení jsou kopie plazmidů na každém konci buňky a skončí v budoucí dceřiné buňce
Vlákno ParM je regulováno polymerací umožněnou přítomností dělícího komplexu (ParR- parC ) a depolymerací řízenou aktivitou ATPázy ParM.
Systém oddílů typu III
Systém oddílů typu III je naposledy objevený systém oddílů. Skládá se z tubulinu podobné GTPázy nazývané TubZ a CBP se nazývá TubR. Identita aminokyselinové sekvence může u proteinů TubZ klesnout až na 21%.
Mechanismus je podobný mechanismu běžeckého pásu:
- Několik dimerů TubR se váže na stbDRs plazmidů v oblasti podobné centroméře .
- Kontakt mezi TubR a filamentem běžeckého polymeru TubZ. Podjednotky TubZ jsou ztraceny od - konce a jsou přidány na + konec.
- Komplex TubR-plazmid je tažen podél rostoucího polymeru, dokud nedosáhne pólu buňky.
- Interakce s membránou pravděpodobně spustí uvolňování plazmidu.
Čistým výsledkem je transport komplexu přepážek na pól buňky.
Jiné systémy oddílů
Systém oddílů R388
Systém dělení plazmidu R388 byl nalezen v operonu stb . Tento operon se skládá ze tří genů, stbA , stbB a stbC .
- Protein StbA je protein vázající DNA (identický s ParM ) a je nezbytně nutný pro stabilitu a intracelulární umístění plazmidu R388 v E. coli . StbA váže cis -působící sekvenci, stbDRs .
Komplex StbA- stbDRs může být použit ke spárování plazmidu hostitelského chromozomu s použitím nepřímého bakteriálního dělícího systému.
- Protein StbB má motiv ATPázy Walkerova typu, podporuje konjugaci, ale není vyžadován pro stabilitu plazmidu po generace.
- StbC je sirotčí protein neznámé funkce. Zdá se, že StbC není zapleten do dělení ani konjugace.
StbA a StbB mají opačný, ale spojený účinek související s konjugací.
Tento systém byl navržen jako systém oddílů typu IV. Je považován za derivát systému oddílů typu I, vzhledem k podobné organizaci operonů. Tento systém představuje první důkaz mechanistické souhry mezi procesy segregace plazmidu a konjugací.
Systém oddílů pSK1 (zkontrolováno v)
pSK1 je plazmid ze Staphylococcus aureus . Tento plazmid má dělící systém určený jediným genem, par , dříve známý jako orf245 . Tento gen neovlivňuje počet kopií plazmidu ani rychlost růstu (s výjimkou jeho implikace v postsegregačním systému zabíjení). Vazebná sekvence podobná centromere je přítomna před genem par a je složena ze sedmi přímých opakování a jedné invertované repetice.