Исследование транскрипционной регуляции биосинтеза метионина в различных таксономических группах методами

реклама
Исследование транскрипционной регуляции
биосинтеза метионина в различных
таксономических группах методами
сравнительной геномики
Ковалева Галина
Московский Государственный Университет им.М.В.Ломоносова
Институт Проблем Передачи Информации РАН
Часть I. Биосинтез метионина в бактериальных геномах
(порядок Actinomycetales)
Часть II. Биосинтез метионина в дрожжевых геномах
(род Saccharomyces)
Часть III. Биосинтез метионина в геномах аскомицет
(Neurospora
crassa, Aspergillus nidulans)
сульфат
аспартат
оксалоацетат
аденилилсульфат (APS)
аспартил-фосфат
фосфоаденилилсульфат(PAPS)
аспартат-семиальдегид
сульфит
сульфид
гомосерин
о-ацетилгомосерин
цистеин
треонин
лизин
изолейцин
о-сукцинилгомосерин
цистатионин
о-ацетилсерин
серин+ацетил-КоА
гомоцистеин
метионин
- C.glutamicum
- E.coli
- P.aeruginosa
- A.nidulans
- S.cerevisiae
Бактериальные геномы.
Corynebacterium glutamicum
- известен транскрипционный регулятор McbR
- предсказана оперонная организация регулона McbR
(18 оперонов, объединяющие 36 генов)
- на основании выравнивания регуляторных областей
предсказан сайт связывания регулятора, для пяти
потенциальных сайтов предсказание проверено
экспериментально
Burkholderia fungorum Burkholderia ambifaria
Burkholderia cepacia
Magnetospirillum magnetotacticum
Burkholderia pseudomallei
Bordetella pertussis
Mesorhizobium loti
McbR и его ортологи
Corynebacterium jeikeium
Corynebacterium glutamicum
Corynebacterium efficiens
Corynebacterium diphtheriae
Mycobacterium
tuberculosis
Nocardia farcinica
Streptomyces coelicolor
Streptomyces coelicolor
Leifsonia xyli
Streptomyces avermitilis
Anaeromyxobacter dehalogenans
Rhodopseudomonas palustris
Silicibacter pomeroyi
Bradyrhizobium japonicum
Pseudomonas fluorescens
Bradyrhizobium japonicum
Ralstonia eutropha
Burkholderia
Burkholderia mallei
cepacia
cysJ/fpr2
McbR
cysI
McbR
cysX
cysD
cysH
cysN
cysZ
cysY
?
MTA nucleosidase
*
*
*
Cgl
McbR
Cdp
no orthologs
McbR McbR
Cef
(fpr1)
McbR McbR
McbR
(cysX)
Cjk
Nfa
Lxl
no orthologs
cysC
Scc
cg2524
brnQ
aecD
cg2538
McbR
cg0737
cg0736
cg0735
Cgl
Cgl
DIP0611
McbR
Cdp
Cdp
McbR
(metC)
Cef
Cef
McbR
McbR
jk0591
ywjA
Cjk
Cjk
Nfa
no orthologs
Lxl
no orthologs
Scc
no orthologs
Nfa
Lxl
Scc
McbR
McbR
McbR
терминаторная шпилька. Предсказана
в работе Rey et al., 2005.
McbR
-
cайт связывания McbR. Экспериментально
подтвержден в работе Rey et al., 2005.
Cdp
-
cайт связывания McbR. Предсказан в
работе Rey et al., 2005.
-
cайт связывания McbR. Предсказан в
данной работе.
Cjk
-
гены разнесены по геному
Nfa
*
-
неортологичное замещение
MetY
McbR
metX
Cgl
McbR
Cgl
McbR
McbR
Cdp
McbR
McbR
Cef
Cef
McbR
McbR
Cjk
(metC)
(cysD)
Lxl
Scc
no orthologs
Nfa
(metA)
Lxl
Scc
hom/thrA
thrB
thrC
*
*
*
Предъявлено несколько новых членов регулона McbR:
cysJ/fpr2
cysI
cysX
cysH
cysD
cysN
cysY
cysZ
MTA nucleosidase
*
*
*
Cgl
Cdp
no orthologs
Cef
Cjk
(fpr1)
(cysX)
New!
Nfa
Lxl
no orthologs
cysC
Scc
New!
MTA нуклеозидазы: восстановление пула метионина из
побочного продукта биосинтеза полиаминов
CysC: принимает участие в восстановлении сульфата
cg1739
McbR
Cgl
Сходство с:
McbR
-гомосерин-сукцинилтрансферазным доменом
Cdp
McbR
Cef
McbR
Cjk
Nfa
no orthologs
Lxl
no orthologs
Scc
no orthologs
-глутамин-амидотрансферазным доменом
guaA B.subtilis
Роль в биосинтезе метионина не очевидна
Дрожжевые геномы. Род Saccharomyces
- длина регуляторных областей
в среднем 600 п.н.
- известно три транскрипционных регулятора биосинтеза
метионина:
1) Gcn4p. Глобальный регулятор биосинтеза аминокислот.
Консенсус сайта связывания TGACTC.
2) Комплекс Met31/Met32. Функция не известна. Консенсус сайта
сайта связывания AAACTGTGG.
3) Комплекс Cbf1/Met4/Met28. По видимому, основной регулятор
биосинтеза метионина. Консенсус сайта связывания
TCACGTG.
Предсказание сайтов в ортологичных регуляторных областях.
Выравнивание регуляторных областей
1) Несмотря на довольно высокое качество выравниваний регуляторных
областей, очевиден высокий уровень перепредсказаний (false-positives)
вследствие слишком малых длин сайтов.
2) Замечено, что даже экспериментально подтвержденные сайты часто
не консервативны
Вводим понятие консервативности сайта:
met5
Smik___ATTTCTATCACGTGTGAATT
Skudr__ATTTC-ATCACGTGCAGTTT
Scer___ATTTC-ATCACGTGCGTATT
Spar___ATTCC-ATCACGTGCGGATT
*** * ********
**
Консервативность сайта
в каждом геноме =1.0
met13
Scer_TTTCGCTCGTGGAAAA
Spar_TTTCGCTCGTGCAAAA
Smik_TTTTGCTCGTGGGAAA
Sbay_TTACACTCGCGGAAAA
**
**** * ***
В геноме S.bayanus
консервативность сайта =0
Промежуточный вариант, консервативность =0.5: в сайте есть точечная замена,
но он все еще удовлетворяет распознающему правилу
Все сайты связывания регуляторов были разбиты на три группы:
- показанные экспериментально («известные»)
- сильные предсказанные. Вес значительно выше порогового
- слабые предсказанные. Пороговый вес.
1
0,9
0,8
0,8
Уровень консервативности
0,9
0,7
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
сильные предск.
известные
слабые предск.
сильные предск.
S.bayanus
S.kudriavzevii
S.mikatae
S.paradoxus
S.bayanus
S.kudriavzevii
S.mikatae
S.paradoxus
S.bayanus
0
известные
S.kudriavzevii
0,1
S.mikatae
0,2
S.paradoxus
0,3
S.bayanus
S.kudriavzevii
S.mikatae
S.paradoxus
S.bayanus
S.kudriavzevii
S.mikatae
0
S.paradoxus
0,1
S.bayanus
0,2
S.mikatae
0,3
S.kudriavzevii
0,4
S.paradoxus
Уровень консервативности
Cbf1-комплекс
Gcn4p
1
слабые предск.
Met31/Met32
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
известные
сильные предск.
S.bayanus
S.kudriavzevii
S.mikatae
S.paradoxus
S.bayanus
S.kudriavzevii
S.mikatae
0
S.paradoxus
0,1
S.bayanus
0,2
S.mikatae
0,3
S.kudriavzevii
0,4
S.paradoxus
Уровень консервативности
Даже экспериментально
подтвержденные сайты
связывания регуляторов
не абсолютно
консервативны
слабые предск.
Консервативность только
«сильных» сайтов
сравнима с таковой для
экспериментально
подтвержденных сайтов
Аскомицеты.
Neurospora crassa, Aspergillus nidulans
- регуляторные области длиной до 3000 п.н.
- предсказан консенсус сайта связывания регулятора
вида ATG-n4-CAT. Показан для N.crassa
Задача:
предъявить
связывания
- основная
часть
генов пути в сайты
N.crassa
не картирована.
регулятора
биосинтеза
метионина
Для A.nidulans
известно
больше генов,
но не известно
длясвязывания
Aspergillus nidulans
ни одного сайта
- нет геномов организмов, занимающих промежуточное
положение между A.nidulans и N.crassa, таких как
Magnaporthe grisea
Выравнивания регуляторных областей:
- низкое качество выравниваний
- наличие инсерций/делеций длиной в среднем в 200 п.н.
- длина регуляторных областей (3000 п.н.)
- длина сайтов связывания транскрипционного фактора (10 п.н.)
- центральные нуклеотиды сайтов связывания не информативны
1990:
Cys14_1
TGTTCGCTGATGCCATTCATT
ACAAGCGACTACGGTAAGTAA
Cys14_2
TTTTCGCTTGGGGATGACGTGC
AAAAGCGAACCCCTACTGCACG
Cys14_3
Cys3
???
- спейсер в 5 п.н.
- неконсусный сайт
???
TTGAGAACATTGCGCCATGAAACCCCTGGGATGTCGTCATGTTAAAGG
AACTCTTGTAACGCGGTACTTTGGGGACCCTACAGCAGTACAATTTCC
CCGAGAATGGTGTCATTTCTCGTGACTTTGGGGGGATTGCACCATCGAGGGG
GGCTCTTACCACAGTAAAGAGCACTGAAACCCCCCTAACGTGGTAGCTCCCC
Проверенные способы интерпретации экспериментально показанных сайтов:
- поиск по предложенному консенсусу
- двухбоксовый сайт со спейсером 4-5 п.н.
- варьирующий спейсер между двумя сайтами
Работа была выполнена под руководством М.С.Гельфанда
Спасибо
за
внимание!!!!
Скачать