Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

fago lambda

Estructura del bacteriófago Lambda a resolución atómica [ 1 ] El fago lambda , también conocido como fago λ ( colifago λ , nombre científico Lambdavirus lambda ), es un virus ba...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Estructura del bacteriófago Lambda a resolución atómica [ 1 ]

El fago lambda , también conocido como fago λ ( colifago λ , nombre científico Lambdavirus lambda ), es un virus bacteriano, o bacteriófago , que infecta a la especie bacteriana Escherichia coli ( E. coli ). Fue descubierto por Esther Lederberg en 1950. [ 2 ] El tipo silvestre de este virus tiene un ciclo de vida templado que le permite residir dentro del genoma de su huésped mediante lisogenia o entrar en una fase lítica , durante la cual mata y lisa la célula para producir descendencia. Las cepas lambda, mutadas en sitios específicos, son incapaces de lisogenizar las células; en cambio, crecen y entran en el ciclo lítico después de superinfectar una célula ya lisogenizada. [ 3 ]

La partícula del fago consta de una cabeza (también conocida como cápside ) [ 4 ] [ 5 ] , una cola [ 6 ] y fibras de la cola (véase la imagen del virus a continuación). La cabeza contiene el genoma de ADN lineal de doble cadena del fago . Durante las infecciones, la partícula del fago reconoce y se une a su huésped, E. coli , lo que provoca que el ADN de la cabeza del fago sea expulsado a través de la cola hacia el citoplasma de la célula bacteriana [ 7 ] [ 8 ] . Normalmente, se produce un " ciclo lítico ", donde el ADN lambda se replica y se producen nuevas partículas de fago dentro de la célula. A esto le sigue la lisis celular , liberando el contenido celular, incluidos los viriones que se han ensamblado, al medio ambiente. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, el ADN del fago puede integrarse en el cromosoma de la célula huésped en la vía lisogénica . En este estado, el ADN λ se denomina profago y permanece residente dentro del genoma del huésped sin daño aparente para este. El huésped se denomina lisógeno cuando está presente un profago. Este profago puede entrar en el ciclo lítico cuando el lisógeno se encuentra en una situación de estrés.

Anatomía

El virión del bacteriófago lambda
Virión del bacteriófago lambda (esquema). Se muestran los nombres de las proteínas y su número de copias en la partícula viral. La presencia de las proteínas L y M en el virión aún no está clara. [ 9 ]

La partícula viral consta de una cabeza y una cola que puede tener fibras. La partícula completa consta de 12 a 14 proteínas diferentes, con más de 1000 moléculas de proteína en total, y una molécula de ADN ubicada en la cabeza del fago. Sin embargo, aún no está del todo claro si las proteínas L y M forman parte del virión. [ 9 ] Todos los fagos lambdoides caracterizados poseen un mecanismo de antiterminación de la transcripción mediado por la proteína N , con la excepción del fago HK022. [ 10 ]

Disposición lineal del genoma del fago lambda con los principales operones, regiones promotoras y genes codificadores de la cápside. [ 9 ]

El genoma contiene 48.502 [ 11 ] pares de bases de ADN lineal de doble cadena, con segmentos de cadena simple de 12 bases en ambos extremos 5'. [ 12 ] Estos dos segmentos de cadena simple son los "extremos cohesivos" de lo que se denomina sitio cos . El sitio cos circulariza el ADN en el citoplasma del huésped. En su forma circular, el genoma del fago, por lo tanto, tiene una longitud de 48.502 pares de bases. [ 12 ] El genoma lambda puede insertarse en el cromosoma de E. coli y entonces se denomina profago. Véase la sección siguiente para más detalles.

La cola de los fagos lambda está formada por al menos 6 proteínas (H, J, U, V, Stf, Tfa) y requiere 7 más para su ensamblaje (I, K, L, M, Z, G/T). Este proceso de ensamblaje comienza con la proteína J, que luego recluta a las proteínas I, L, K y G/T para añadir la proteína H. Una vez que G y G/T abandonan el complejo, la proteína V puede ensamblarse sobre el andamiaje de J/H. Posteriormente, la proteína U se añade al extremo proximal a la cabeza de la cola. La proteína Z conecta la cola con la cabeza. La proteína H se escinde debido a la acción de las proteínas U y Z. [ 9 ]

Ciclo vital

Infección

Interacción de la proteína J del fago Lambda con la porina LamB [ 13 ]

El fago lambda es un fago con cola no contráctil, lo que significa que durante una infección no puede introducir su ADN a la fuerza a través de la membrana celular bacteriana. En cambio, debe utilizar una vía preexistente para invadir la célula huésped, habiendo evolucionado la punta de su cola para interactuar con un poro específico que permite la entrada de su ADN al huésped.

  1. El bacteriófago Lambda se une a una célula de E. coli mediante su proteína J en la punta de la cola. La proteína J interactúa con la porina de la membrana externa de maltosa (el producto del gen lamB ) de E. coli , [ 14 ] una molécula de porina, que es parte del operón de la maltosa .
  2. El genoma lineal del fago se inyecta a través de la membrana externa.
  3. El ADN pasa a través del complejo de la permeasa de manosa en la membrana interna [ 15 ] [ 16 ] (codificado por los genes manXYZ) e inmediatamente se circulariza utilizando los sitios cos , extremos cohesivos ricos en GC de 12 bases. Los extremos del ADN viral monocatenario son ligados por la ADN ligasa del huésped . No se suele reconocer que los extremos cohesivos lambda de 12 pb fueron el objeto de la primera secuenciación directa de nucleótidos de un ADN biológico. [ 10 ]
Inyección de ADN del fago Lambda en la membrana celular utilizando la permeasa de manosa PTS (un sistema de transporte de azúcares) como mecanismo de entrada al citoplasma.
  1. La ADN girasa del huésped introduce superenrollamientos negativos en el cromosoma circular, lo que provoca que las regiones ricas en AT se desenrollen e impulsen la transcripción.
  2. La transcripción comienza a partir de los promotores constitutivos PL , PR y PR ', que producen los transcritos de expresión temprana inmediata. Inicialmente, estos expresan los genes N y cro , produciendo N, Cro y una proteína corta inactiva.
Eventos de activación temprana que involucran a la proteína N
  1. Cro se une a OR3 , impidiendo el acceso al promotor P RM y, por lo tanto, la expresión del gen cI . N se une a los dos sitios Nut (utilización de N), uno en el gen N en el marco de lectura P L y otro en el gen cro en el marco de lectura P R.
  2. La proteína N es un antiterminador y funciona interactuando con la ARN polimerasa en sitios específicos del ARNm recién transcrito. Cuando la ARN polimerasa transcribe estas regiones, recluta a N y forma un complejo con varias proteínas Nus del huésped. Este complejo omite la mayoría de las secuencias de terminación. Los transcritos extendidos (los transcritos "tardíos tempranos") incluyen los genes N y cro , junto con los genes cII y cIII , y los genes xis , int , O , P y Q que se describen más adelante.
  3. La proteína cIII protege a la proteína cII de la proteólisis por FtsH (una proteasa esencial de E. coli unida a la membrana ) actuando como un inhibidor competitivo. Esta inhibición puede inducir un estado bacteriostático , que favorece la lisogenia. cIII también estabiliza directamente la proteína cII. [ 17 ]

En la infección inicial, la estabilidad de cII determina el estilo de vida del fago; un cII estable conduce a la vía lisogénica, mientras que si cII se degrada, el fago entra en la vía lítica. Se sabe que las bajas temperaturas, la inanición de las células y una alta multiplicidad de infección (MOI) favorecen la lisogenia (véase la discusión posterior). [ 18 ]

Antiterminación de N

La antiterminación N requiere el ensamblaje de un gran complejo de ribonucleoproteínas para prolongar eficazmente el proceso de antiterminación; sin el complejo completo, la ARN polimerasa solo puede eludir un único terminador [ 19 ].

Esto ocurre sin que la proteína N interactúe con el ADN; en cambio, la proteína se une al ARNm recién transcrito. Los sitios Nut contienen 3 "cajas" conservadas, de las cuales solo la Caja B es esencial.

  1. Las secuencias de ARN de la caja B se encuentran cerca del extremo 5' de los transcritos pL y pR. Al transcribirse, cada secuencia forma una estructura en horquilla a la que puede unirse la proteína N.
  2. La proteína N se une a la caja B en cada transcrito y contacta con la ARN polimerasa en transcripción mediante un bucle de ARN. El complejo N-RNAP se estabiliza mediante la unión posterior de varias proteínas Nus (sustancia de utilización de N) del huésped (que incluyen factores de terminación/antiterminación de la transcripción y, curiosamente, una subunidad ribosómica).
  3. Todo el complejo (incluido el sitio Nut unido al ARNm) continúa la transcripción y puede omitir las secuencias de terminación.

Ciclo de vida lítico

Placas de lisis del fago lambda en bacterias E. coli

Este es el ciclo de vida que sigue el fago tras la mayoría de las infecciones, en el que la proteína cII no alcanza una concentración suficientemente alta debido a la degradación, por lo que no activa sus promotores.

  1. Las transcripciones de "etapa temprana tardía" continúan escribiéndose, incluyendo xis , int , Q y genes para la replicación del genoma lambda ( OP ). Cro domina el sitio represor (ver sección "Represor" ), reprimiendo la síntesis del promotor P RM (que es un promotor del ciclo lisogénico).
  2. Las proteínas O y P inician la replicación del cromosoma del fago (véase "Replicación lítica").
  3. Q, otro antiterminador , se une a los sitios Qut .
  4. La transcripción desde el promotor P R' ahora puede extenderse para producir ARNm para la lisis y las proteínas de la cabeza y la cola.
  5. Las proteínas estructurales y los genomas de los fagos se autoensamblan para formar nuevas partículas de fago.
  6. Los productos de los genes S , R , Rz y Rz1 causan lisis celular. S es una holina , una pequeña proteína de membrana que, en un momento determinado por su secuencia, crea repentinamente agujeros en la membrana. R es una endolisina , una enzima que escapa a través de los agujeros de S y rompe la pared celular. Rz y Rz1 son proteínas de membrana que forman un complejo que, de alguna manera, destruye la membrana externa, después de que la endolisina haya degradado la pared celular. En el caso del virus lambda de tipo silvestre, la lisis ocurre aproximadamente 50 minutos después del inicio de la infección y libera alrededor de 100 viriones.

Transcripción hacia la derecha

La transcripción hacia la derecha expresa los genes O , P y Q. O y P son responsables de iniciar la replicación, y Q es otro antiterminador que permite la expresión de los genes de cabeza, cola y lisis de P R' . [ 10 ]

Pr es el promotor de la transcripción hacia la derecha, y el gen cro es un gen regulador. El gen cro codifica la proteína Cro, que reprime el promotor Prm. Una vez iniciada la transcripción de Pr, el gen Q se transcribe en el extremo del operón para la transcripción hacia la derecha. El gen Q es un gen regulador presente en este operón, que controla la expresión de genes posteriores para la transcripción hacia la derecha. Una vez que las proteínas reguladoras del gen permiten la expresión, la proteína Q actúa como un antiterminador. Esto permite que el resto del operón se lea hasta alcanzar el terminador de transcripción, permitiendo así la expresión de genes posteriores en el operón y dando lugar a la expresión del ciclo lítico. [ 20 ]

Se ha descubierto que el promotor Pr activa el origen en el uso de la transcripción hacia la derecha, pero el panorama completo de esto aún no se comprende del todo. Dado que existen algunas salvedades al respecto, por ejemplo, este proceso es diferente para otros fagos como el fago N15, que puede codificar la ADN polimerasa. Otro ejemplo es el fago P22, que puede reemplazar el gen p, que codifica una proteína de replicación esencial, por algo capaz de codificar hélices DnaB. [ 10 ]

replicación lítica

  1. Durante los primeros ciclos de replicación, el genoma lambda experimenta una replicación θ (de círculo a círculo).
  2. Este proceso se inicia en el sitio ori , ubicado en el gen O. La proteína O se une al sitio ori , y la proteína P se une a la subunidad DnaB de la maquinaria de replicación del huésped, además de unirse a O. Esto, en efecto, toma el control de la ADN polimerasa del huésped.
  3. Pronto, el fago cambia a una replicación en círculo rodante similar a la utilizada por el fago M13. El ADN se corta y el extremo 3' actúa como cebador. Cabe destacar que esto no libera copias individuales del genoma del fago, sino una molécula larga con muchas copias del genoma: un concatémero .
  4. Estos concatémeros se escinden en sus sitios cos durante el proceso de empaquetamiento. El empaquetamiento no puede ocurrir a partir de ADN circular de fagos, sino únicamente a partir de ADN concatomérico.

Antiterminación Q

Paso 1
Paso 2
La proteína Q modifica la ARN polimerasa en la región promotora y se une a ella. Tras su unión a la ARN polimerasa, la proteína Q se convierte en una subunidad de la ARN polimerasa y modifica la enzima, induciendo un estado procesivo. Cabe destacar que NusA puede estimular la actividad de la proteína Q. [ 19 ]

Q es similar a N en su efecto: Q se une a la ARN polimerasa en los sitios Qut y el complejo resultante puede ignorar los terminadores; sin embargo, el mecanismo es muy diferente: la proteína Q se asocia primero con una secuencia de ADN en lugar de una secuencia de ARNm. [ 21 ]

  1. El sitio Qut está muy cerca del promotor P R' , lo suficientemente cerca como para que el factor σ no se haya liberado de la holoenzima de la ARN polimerasa. Parte del sitio Qut se asemeja a la caja de Pribnow -10 , lo que provoca que la holoenzima se detenga.
  2. La proteína Q se une entonces al factor σ y lo desplaza parcialmente, reiniciándose así la transcripción.
  3. Los genes de la cabeza y la cola se transcriben y las proteínas correspondientes se autoensamblan.

Transcripción hacia la izquierda

Diagrama que muestra el proceso de retrorregulación que produce una mayor concentración de xis en comparación con int. El transcrito de ARNm es digerido por la ARNasa bacteriana a partir del bucle en horquilla escindido en sib.

La transcripción hacia la izquierda expresa los genes gam, xis , bar e int . [ 10 ] Las proteínas Gam participan en la recombinación. Gam también es importante porque inhibe la degradación de los extremos 3' por la nucleasa RecBCD del huésped durante la replicación en círculo rodante. Int y xis son proteínas de integración y escisión vitales para la lisogenia.

Proceso de transcripción hacia la izquierda
  1. El fago lambda inserta un cromosoma en el citoplasma de la célula bacteriana huésped.
  2. El cromosoma del fago se inserta en el cromosoma bacteriano del huésped mediante la enzima ADN ligasa.
  3. La transcripción del cromosoma del fago procede hacia la izquierda cuando la ARN polimerasa del huésped se une al sitio promotor p L, lo que da como resultado la traducción del gen N.
    1. El gen N actúa como un gen regulador que hace que la ARN polimerasa sea incapaz de reconocer los sitios de terminación de la traducción. [ 22 ]
Mutaciones de transcripción hacia la izquierda

Se cree que la transcripción hacia la izquierda produce una mutación por deleción del gen rap , lo que resulta en la falta de crecimiento del fago lambda. Esto se debe a que la ARN polimerasa se une al sitio promotor pL en lugar del sitio promotor pR. La transcripción hacia la izquierda produce la transcripción de bar I y bar II en el operón izquierdo. El fenotipo bar positivo está presente cuando el gen rap está ausente. Se cree que la falta de crecimiento del fago lambda se debe a una sensibilidad a la temperatura que resulta en la inhibición del crecimiento. [ 23 ]

xis y regulación int de la inserción y escisión
  1. Los genes xis e int se encuentran en el mismo fragmento de ARNm, por lo que se producen concentraciones aproximadamente iguales de proteínas xis e int . Esto da como resultado (inicialmente) la escisión de cualquier genoma insertado en el genoma del huésped.
  2. El ARNm del promotor PL forma una estructura secundaria estable con un bucle en tallo en la sección sib del ARNm. Esto dirige el extremo 3' ( sib ) del ARNm a la degradación por la ARNasa III, lo que resulta en una concentración efectiva menor de ARNm int que de ARNm xis (ya que el cistrón int está más cerca de la secuencia sib que el cistrón xis de la secuencia sib ), por lo que se observa una mayor concentración de xis que de int .
  3. Las concentraciones más altas de xis que de int dan como resultado que no haya inserción ni escisión de los genomas del fago, la acción favorecida evolutivamente, que deja insertados los genomas del fago previamente insertados (reduciendo así la competencia) e impide la inserción del genoma del fago en el genoma de un huésped condenado.

Ciclo de vida lisogénico (o lisenogénico)

El ciclo de vida lisogénico comienza una vez que la proteína cI alcanza una concentración lo suficientemente alta como para activar sus promotores, después de un pequeño número de infecciones.

  1. Se siguen escribiendo las transcripciones de "etapa temprana tardía", incluidas las de xis , int , Q y los genes para la replicación del genoma lambda.
  2. El cII estabilizado actúa para promover la transcripción desde los promotores P RE , P I y P antiq .
  3. El promotor P antiq produce ARNm antisentido para el mensaje del gen Q del transcrito del promotor P R , desactivando así la producción de Q. El promotor P RE produce ARNm antisentido para la sección cro del transcrito del promotor P R , reduciendo la producción de cro, y contiene un transcrito del gen cI . Este se expresa, activando la producción del represor cI. El promotor P I expresa el gen int , lo que resulta en altas concentraciones de proteína Int. Esta proteína int integra el ADN del fago en el cromosoma del huésped (véase "Integración del profago").
  4. La ausencia de Q impide la extensión del marco de lectura del promotor P R' , por lo que no se producen proteínas líticas ni estructurales. Los niveles elevados de int (mucho mayores que los de xis) provocan la inserción del genoma lambda en el genoma del huésped (véase el diagrama). La producción de cI conduce a la unión de cI a los sitios OR1 y OR2 del promotor P R , desactivando la expresión de cro y otros genes tempranos. cI también se une al promotor P L , desactivando la transcripción en dicho promotor.
  5. La falta de cro deja el sitio OR3 sin unir, por lo que puede ocurrir la transcripción desde el promotor P RM , manteniendo los niveles de cI.
  6. La falta de transcripción de los promotores PL y PR da como resultado la ausencia de producción adicional de cII y cIII.
  7. A medida que disminuyen las concentraciones de cII y cIII, la transcripción de P antiq , P RE y P I deja de promoverse ya que ya no son necesarios.
  8. Solo los promotores P RM y P R' permanecen activos; el primero produce la proteína cI y el segundo, un transcrito corto e inactivo. El genoma permanece insertado en el genoma del huésped en estado latente.

El profago se duplica con cada división celular posterior del huésped. Los genes del fago expresados ​​en este estado latente codifican proteínas que reprimen la expresión de otros genes del fago (como los genes estructurales y de lisis) para evitar su entrada en el ciclo lítico. Estas proteínas represoras se degradan cuando la célula huésped está bajo estrés, lo que resulta en la expresión de los genes del fago reprimidos. El estrés puede deberse a la inanición , a toxinas (como antibióticos ) u otros factores que pueden dañar o destruir al huésped. En respuesta al estrés, el profago activado se escinde del ADN de la célula huésped mediante uno de los productos génicos recién expresados ​​y entra en su vía lítica.

Integración del profago

La integración del fago λ tiene lugar en un sitio de unión especial en los genomas bacteriano y del fago, denominado att λ . La secuencia del sitio att bacteriano se llama attB , se encuentra entre los operones gal y bio , y consta de las partes BOB', mientras que la secuencia complementaria en el genoma circular del fago se llama attP y consta de las partes POP'. La integración en sí es un intercambio secuencial (véase recombinación genética ) a través de una unión de Holliday y requiere tanto la proteína del fago Int como la proteína bacteriana IHF ( factor de integración del huésped ). Tanto Int como IHF se unen a attP y forman un intasoma, un complejo ADN-proteína diseñado para la recombinación sitio-específica del ADN del fago y del huésped. La secuencia BOB' original se modifica por la integración a BOP'-ADN del fago-POB'. El ADN del fago pasa a formar parte del genoma del huésped. [ 24 ]

Mantenimiento de la lisogenia

Una representación simplificada del paradigma de integración/escisión y los principales genes implicados.
  • La lisogenia se mantiene exclusivamente gracias a cI. cI reprime la transcripción de PL y PR , a la vez que regula positivamente y controla su propia expresión desde PRm . Por lo tanto , es la única proteína expresada por el fago lisogénico .
Los represores de los lisogenos y la polimerasa se unen a OR1 y reclutan a OR2, que activará PRM e inactivará PR.
  • Esto está coordinado por los operadores PL y PR . Ambos operadores tienen tres sitios de unión para cI: OL1 , OL2 y OL3 para PL , y OR1 , OR2 y OR3 para PR .
  • cI binds most favorably to OR1; binding here inhibits transcription from PR. As cI easily dimerises, the binding of cI to OR1 greatly increases the affinity of the binding of cI to OR2, and this happens almost immediately after OR1 binding. This activates transcription in the other direction from PRM, as the N terminal domain of cI on OR2 tightens the binding of RNA polymerase to PRM and hence cI stimulates its own transcription. When it is present at a much higher concentration, it also binds to OR3, inhibiting transcription from PRM, thus regulating its own levels in a negative feedback loop.
  • cI binding to the PL operator is very similar, except that it has no direct effect on cI transcription. As an additional repression of its own expression, however, cI dimers bound to OR3 and OL3 bend the DNA between them to tetramerise.
  • The presence of cI causes immunity to superinfection by other lambda phages, as it will inhibit their PL and PR promoters.

Induction

Transcriptional state of the PRM and PR promoter regions during a lysogenic state vs induced, early lytic state.

The classic induction of a lysogen involved irradiating the infected cells with UV light. Any situation where a lysogen undergoes DNA damage or the SOS response of the host is otherwise stimulated leads to induction.

  1. The host cell, containing a dormant phage genome, experiences DNA damage due to a high stress environment, and starts to undergo the SOS response.
  2. RecA (a cellular protein) detects DNA damage and becomes activated. It is now RecA*, a highly specific co-protease.
  3. Normally RecA* binds LexA (a transcription repressor), activating LexA auto-protease activity, which destroys LexA repressor, allowing production of DNA repair proteins. In lysogenic cells, this response is hijacked, and RecA* stimulates cI autocleavage. This is because cI mimics the structure of LexA at the autocleavage site.
  4. Cleaved cI can no longer dimerise, and loses its affinity for DNA binding.
  5. The PR and PL promoters are no longer repressed and switch on, and the cell returns to the lytic sequence of expression events (note that cII is not stable in cells undergoing the SOS response). There is however one notable difference.
La función de LexA en la respuesta SOS. La expresión de LexA conduce a la inhibición de varios genes, incluido el propio LexA.

Control de la escisión del genoma del fago en la inducción

  1. El genoma del fago permanece insertado en el genoma del huésped y requiere escisión para que se produzca la replicación del ADN. Sin embargo, la sección sib que se encuentra más allá del transcrito normal del promotor PL ya no se incluye en este marco de lectura (véase el diagrama).
  2. La ausencia del dominio sib en el ARNm del promotor PL da como resultado la ausencia de un bucle en horquilla en el extremo 3', y el transcrito ya no es objeto de degradación por la ARNasa III.
  3. El nuevo transcrito intacto tiene una copia de xis y otra de int , por lo que se producen concentraciones aproximadamente iguales de proteínas xis e int.
  4. Concentraciones iguales de xis e int dan como resultado la escisión del genoma insertado del genoma del huésped para su replicación y posterior producción de fagos.

Reactivación de la multiplicidad y reactivación del profago

La reactivación por multiplicidad (RM) es el proceso por el cual múltiples genomas virales, cada uno con daño genómico inactivador, interactúan dentro de una célula infectada para formar un genoma viral viable. La RM se descubrió originalmente con el fago T4, pero posteriormente se encontró en el fago λ (así como en numerosos otros virus bacterianos y de mamíferos [ 25 ] ). La RM del fago λ inactivado por luz UV depende de la función de recombinación del huésped o del fago infectante [ 26 ] . La ausencia de ambos sistemas de recombinación conlleva la pérdida de la RM.

La supervivencia del fago λ irradiado con UV aumenta cuando el huésped E. coli es lisogénico para un profago homólogo, un fenómeno denominado reactivación del profago. [ 27 ] La reactivación del profago en el fago λ parece ocurrir mediante un proceso de reparación recombinacional similar al de MR.

Represor

Interacciones proteicas que dan lugar a ciclos líticos o lisogénicos para el fago Lambda.

El represor hallado en el fago lambda es un ejemplo notable del nivel de control que puede ejercer un sistema muy simple sobre la expresión génica. Como descubrió Barbara J. Meyer , [ 28 ] forma un "interruptor binario" con dos genes cuya expresión es mutuamente excluyente.

Representación visual de la unión del tetrámero/octámero represor a los sitios operadores L y R del fago lambda (estado lisogénico estable).

El sistema de genes represores lambda consta de (de izquierda a derecha en el cromosoma):

  • gen cI
  • O R 3
  • O R 2
  • O R 1
  • gen cro

El represor lambda es un dímero autoensamblable también conocido como proteína cI. [ 29 ] Se une al ADN en el motivo de unión hélice-giro-hélice. Regula la transcripción de la proteína cI y la proteína Cro.

El ciclo de vida de los fagos lambda está controlado por las proteínas cI y Cro. El fago lambda permanecerá en la fase lisogénica si predominan las proteínas cI, pero se transformará en una fase lítica si predominan las proteínas Cro.

El dímero cI puede unirse a cualquiera de los tres operadores, OR1 , OR2 y OR3 , en el orden OR1 > OR2 > OR3 . La unión de un dímero cI a OR1 potencia la unión de un segundo dímero cI a OR2 , un efecto denominado cooperatividad . Por lo tanto, OR1 y OR2 están casi siempre ocupados simultáneamente por cI. Sin embargo, esto no aumenta la afinidad entre cI y OR3 , que solo se ocupará cuando la concentración de cI sea alta.

A altas concentraciones de cI, los dímeros también se unirán a los operadores O L 1 y O L 2 (que se encuentran a más de 2 kb corriente abajo de los operadores R). Cuando los dímeros de cI se unen a O L 1, O L 2, O R 1 y O R 2, se induce un bucle en el ADN, lo que permite que estos dímeros se unan para formar un octámero. Este fenómeno se denomina cooperatividad de largo alcance . Tras la formación del octámero, los dímeros de cI pueden unirse cooperativamente a O L 3 y O R 3, reprimiendo la transcripción de cI. Esta regulación autonegativa garantiza una concentración mínima estable de la molécula represora y, si se producen señales SOS, permite una inducción más eficiente del profago. [ 30 ]

  • En ausencia de proteínas cI, el gen cro puede transcribirse.
  • En presencia de proteínas cI, solo se puede transcribir el gen cI .
  • A altas concentraciones de cI, se reprime la transcripción de ambos genes.

Descripción general de la función de las proteínas

Lítico vs. lisogénico

Diagrama del ciclo de vida de un fago templado, que muestra tanto el ciclo lítico como el lisogénico.

Una distinción importante radica en la diferencia entre las dos decisiones: lisogenia y lisis tras la infección, y lisogenia o lisis continua a partir de un profago. Esta última está determinada exclusivamente por la activación de RecA en la respuesta SOS de la célula, como se detalla en la sección sobre inducción. La primera también se verá afectada; una célula que experimenta una respuesta SOS siempre se lisará, ya que no se permitirá la acumulación de la proteína cI. Sin embargo, la decisión inicial lítica/lisogénica tras la infección también depende de las proteínas cII y cIII.

En células con nutrientes suficientes, la actividad de las proteasas es alta, lo que degrada el cII. Esto conduce al estilo de vida lítico. En células con nutrientes limitados, la actividad de las proteasas es baja, lo que estabiliza el cII. Esto conduce al estilo de vida lisogénico. El cIII parece estabilizar el cII, tanto directamente como actuando como un inhibidor competitivo de las proteasas relevantes. Esto significa que una célula "en apuros", es decir, con escasez de nutrientes y en un estado más latente, tiene mayor probabilidad de lisogenizarse. Esto se seleccionaría porque el fago puede permanecer latente en la bacteria hasta que se presenten mejores condiciones, y así el fago puede crear más copias de sí mismo con los recursos adicionales disponibles y con la mayor probabilidad de encontrar más células infectables cerca.

Aún no se ha desarrollado un modelo biofísico completo para la decisión de lisis-lisogenia de lambda. La modelización y simulación por ordenador sugieren que los procesos aleatorios durante la infección impulsan la selección de lisis o lisogenia dentro de las células individuales. [ 31 ] Sin embargo, experimentos recientes sugieren que las diferencias físicas entre las células, que existen antes de la infección, predeterminan si una célula se lisará o se convertirá en un lisógeno. [ 32 ]

Como herramienta genética

El fago lambda se ha utilizado ampliamente como organismo modelo y ha sido una excelente herramienta primero en genética microbiana y luego en genética molecular . [ 33 ] Algunos de sus usos incluyen su aplicación como vector para la clonación de ADN recombinante ; el uso de su recombinasa sitio-específica (int) para la mezcla de ADN clonado mediante el método gateway ; [ 34 ] y la aplicación de su operón Red , que incluye las proteínas Red alfa (también llamada 'exo'), beta y gamma en el método de ingeniería de ADN llamado recombinación . El fragmento de ADN de 48 kb del fago lambda no es esencial para la infección productiva y puede ser reemplazado por ADN extraño, [ 35 ] que luego puede ser replicado por el fago. El fago lambda entra en las bacterias más fácilmente que los plásmidos, lo que lo convierte en un vector útil que puede destruir o formar parte del ADN del huésped. [ 36 ] El fago lambda también puede ser manipulado y utilizado como una vacuna anticancerígena dirigida a la aspartil (asparaginil) β-hidroxilasa humana (ASPH, HAAH), que ha demostrado ser beneficiosa en casos de carcinoma hepatocelular en ratones. [ 37 ] El fago lambda también ha sido de gran importancia en el estudio de la transducción especializada . [ 38 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Victor Padilla-Sanchez (25/11/2024), Estructura del bacteriófago Lambda a resolución atómica , doi : 10.5281/zenodo.14219202 , consultado el 25/11/2024.
  2. ↑ Lederberg E (enero de 1950). "Lisogenicidad en la cepa K-12 de Escherichia coli ". Boletín de Genética Microbiana . 1 : 5–8 .; seguido por Lederberg EM, Lederberg J (enero de 1953). "Estudios genéticos de la lisogenia en Escherichia coli" . Genetics . 38 (1): 51– 64. doi : 10.1093/genetics/38.1.51 . PMC 1209586. PMID 17247421 .  
  3. ↑ Griffiths AJ, Wessler SR, Carroll SB, Doebley J (2015). Introducción al análisis genético . WH Freeman. págs. 417–418 . ISBN  9781464109485.
  4. ↑ Wang C, Zeng J, Wang J (abril de 2022). "Base estructural de la maduración de la cápside del bacteriófago lambda" . Structure . 30 (4): 637–645.e3. doi : 10.1016/j.str.2021.12.009 . PMID 35026161. S2CID 245933331 .  
  5. ↑ Gu, Zhiwei; Wu, Kexun; Wang, Jiawei (25 de abril de 2024). "Morformación estructural en el vértice portal viral del bacteriófago lambda" . Revista de Virología . 98 (5): e00068–24. doi : 10.1128/jvi.00068-24 . PMC 11092355 . PMID 38661364 .  
  6. ^ Wang, Chang; Duan, Jinsong; Gu, Zhiwei; Ge, Xiaofei; Zeng, Jianwei; Wang, Jiawei (enero de 2024). «Arquitectura de la cola del bacteriófago lambda» . Estructura . 32 (1): 35–46.e3. doi : 10.1016/j.str.2023.10.006 . ISSN 0969-2126 . 
  7. ↑ Ge, Xiaofei; Wang, Jiawei (17 de mayo de 2024). "Mecanismo estructural de la interacción de la cola del bacteriófago lambda con el receptor bacteriano" . Nature Communications . 15 (1): 4185. doi : 10.1038/s41467-024-48686-3 . ISSN 2041-1723 . PMC 11101478. PMID 38760367 .   
  8. ↑ Deng, Tingyue; Ge, Xiaofei; Wang, Jiawei (mayo de 2026). "Las estructuras de la punta de la cola del fago A8 similar a λ unida a OmpC proporcionan información sobre el reconocimiento del receptor" . Structure . 34 (5): 790–797.e3. doi : 10.1016/j.str.2026.02.002 . ISSN 0969-2126 . 
  9. 1 2 3 4 Rajagopala SV, Casjens S, Uetz P (septiembre de 2011). "El mapa de interacción de proteínas del bacteriófago lambda" . BMC Microbiology . 11 : 213. doi : 10.1186/1471-2180-11-213 . PMC 3224144. PMID 21943085 .  
  10. 1 2 3 4 5 Casjens SR, Hendrix RW (mayo de 2015). "Bacteriófago lambda: pionero temprano y aún relevante" . Virología . 479–480 : 310–330 . doi : 10.1016/j.virol.2015.02.010 . PMC 4424060. PMID 25742714 .  
  11. ↑ "Fago Lambda de Escherichia, genoma completo" . 6 de enero de 2020.
  12. 1 2 Campbell AM (1996). "Bacteriófagos". En Neidhardt FC, Curtiss R (eds.).Escherichia coli y Salmonella typhimurium : Biología celular y molecular . Washington, DC: ASM Press. OCLC 1156862867 . 
  13. ↑ Ge, Xiaofei; Wang, Jiawei (17 de mayo de 2024). "Mecanismo estructural de la interacción de la cola del bacteriófago lambda con el receptor bacteriano" . Nature Communications . 15 (1): 4185. doi : 10.1038/s41467-024-48686-3 . ISSN 2041-1723 . 
  14. ↑ Werts C, Michel V, Hofnung M, Charbit A (febrero de 1994). "Adsorción del bacteriófago lambda en la proteína LamB de Escherichia coli K-12: mutaciones puntuales en el gen J de lambda responsables de un rango de hospedadores extendido" . Journal of Bacteriology . 176 (4): 941– 947. Bibcode : 1994JBact.176..941W . doi : 10.1128/jb.176.4.941-947.1994 . PMC 205142. PMID 8106335 .  
  15. ↑ Erni B, Zanolari B, Kocher HP (abril de 1987). "La permeasa de manosa de Escherichia coli consta de tres proteínas diferentes. Secuencia de aminoácidos y función en el transporte de azúcares, fosforilación de azúcares y penetración del ADN del fago lambda" . The Journal of Biological Chemistry . 262 (11): 5238– 5247. doi : 10.1016/S0021-9258(18)61180-9 . PMID 2951378 . 
  16. ↑ Liu X, Zeng J, Huang K, Wang J (agosto de 2019). "Estructura del transportador de manosa del sistema de fosfotransferasa bacteriana" . Cell Research . 29 (8): 680– 682. doi : 10.1038/s41422-019-0194-z . PMC 6796895. PMID 31209249 .  
  17. ↑ Kobiler O, Rokney A, Oppenheim AB (abril de 2007). "Fato lambda CIII: un inhibidor de proteasa que regula la decisión lisis-lisogenia" . PLOS ONE . 2 (4): e363. Bibcode : 2007PLoSO...2..363K . doi : 10.1371/journal.pone.0000363 . PMC 1838920. PMID 17426811 .  
  18. ↑ Henkin, Tina M.; Peters, Joseph E. (2020). «Bacteriófagos y transducción». En Snyder y Champness, Genética molecular de bacterias (Quinta ed.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. pp. 293–294 . ISBN   9781555819750.
  19. 1 2 Santangelo TJ, Artsimovitch I (mayo de 2011). "Terminación y antiterminación: la ARN polimerasa se salta una señal de stop" . Nature Reviews. Microbiology . 9 (5): 319– 329. doi : 10.1038/nrmicro2560 . PMC 3125153. PMID 21478900 .  
  20. ↑ Thomason LC, Schiltz CJ, Court C, Hosford CJ, Adams MC, Chappie JS, Court DL (octubre de 2021). " Las funciones RexA y RexB del bacteriófago λ ayudan a la transición de la lisogenia al crecimiento lítico" . Molecular Microbiology . 116 (4): 1044– 1063. doi : 10.1111/mmi.14792 . PMC 8541928. PMID 34379857 .  
  21. ↑ Deighan P, Hochschild A (febrero de 2007). "La proteína antiterminadora lambdaQ del bacteriófago regula la expresión de genes tardíos como un componente estable del complejo de elongación de la transcripción" . Molecular Microbiology . 63 (3): 911– 920. doi : 10.1111/j.1365-2958.2006.05563.x . PMID 17302807 . 
  22. ↑ Brammar WJ, Hadfield C (noviembre de 1984). "Un programa para la construcción de un fago lambda". Journal of Embryology and Experimental Morphology . 83 (Supl.): 75–88 . PMID 6241940 . 
  23. ↑ Guzmán P, Guarneros G (marzo de 1989). "Sitios genéticos de fagos involucrados en la inhibición del crecimiento de lambda por el mutante rap de Escherichia coli" . Genetics . 121 ( 3): 401– 409. doi : 10.1093/genetics/121.3.401 . PMC 1203628. PMID 2523838 .  
  24. ↑ Groth AC, Calos MP (enero de 2004). "Integrasas de fagos: biología y aplicaciones". Journal of Molecular Biology . 335 (3): 667– 678. Bibcode : 2004JMBio.335..667G . doi : 10.1016/j.jmb.2003.09.082 . PMID 14687564 . 
  25. ↑ Michod RE, Bernstein H, Nedelcu AM (mayo de 2008). "Valor adaptativo del sexo en patógenos microbianos". Infection, Genetics and Evolution . 8 (3): 267– 285. Bibcode : 2008InfGE...8..267M . doi : 10.1016/j.meegid.2008.01.002 . PMID 18295550 . 
  26. ↑ Huskey RJ (abril de 1969). "Reactivación de multiplicidad como prueba de la función de recombinación". Science . 164 ( 3877): 319– 320. Bibcode : 1969Sci...164..319H . doi : 10.1126/science.164.3877.319 . PMID 4887562. S2CID 27435591 .  
  27. ↑ Blanco M, Devoret R (marzo de 1973). "Mecanismos de reparación involucrados en la reactivación del profago y la reactivación UV del fago lambda irradiado con UV". Mutation Research . 17 (3): 293– 305. Bibcode : 1973MRFMM..17..293B . doi : 10.1016/0027-5107(73)90001-8 . PMID 4688367 . 
  28. ↑ "Barbara J. Meyer" . HHMI Interactive .
  29. ↑ Burz DS, Beckett D, Benson N, Ackers GK (julio de 1994). "Autoensamblaje del represor cI del bacteriófago lambda: efectos de mutaciones puntuales en el equilibrio monómero-dímero". Biochemistry . 33 (28): 8399– 8405. doi : 10.1021/bi00194a003 . PMID 8031775 . 
  30. ↑ Ptashne M (2004). Un interruptor genético: el fago lambda revisitado (3.ª ed.). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. pág. 112. ISBN   978-0-87969-716-7.
  31. ↑ Arkin A, Ross J, McAdams HH (agosto de 1998). "Análisis cinético estocástico de la bifurcación de la vía de desarrollo en células de Escherichia coli infectadas con el fago lambda" . Genetics . 149 (4): 1633– 1648. doi : 10.1093/genetics/149.4.1633 . PMC 1460268. PMID 9691025 .  
  32. ↑ St-Pierre F, Endy D (diciembre de 2008). "Determinación de la selección del destino celular durante la infección por el fago lambda" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (52): 20705– 20710. Bibcode : 2008PNAS..10520705S . doi : 10.1073/pnas.0808831105 . PMC 2605630. PMID 19098103 .  
  33. ↑ Pitre, Emmanuelle; te Velthuis, Aartjan JW (2021-01-01), Cameron, Craig E.; Arnold, Jamie J.; Kaguni, Laurie S. (eds.), "Capítulo cuatro: comprensión de la replicación y transcripción viral mediante técnicas de molécula única" , The Enzymes , Viral Replication Enzymes and their Inhibitors Part A, 49 , Academic Press: 83–113 , doi : 10.1016/bs.enz.2021.07.005 , PMID 34696840 , S2CID 239573473 , consultado el 28 de noviembre de 2023  
  34. ↑ Reece-Hoyes, John S.; Walhout, Albertha JM (2018-01-01). " Clonación recombinacional Gateway" . Cold Spring Harbor Protocols . 2018 (1) pdb.top094912. doi : 10.1101/pdb.top094912 . ISSN 1940-3402 . PMC 5935001. PMID 29295908 .   
  35. ↑ Feiss, Michael; Catalano, Carlos Enrique (2013), "Terminasa del bacteriófago Lambda y el mecanismo de empaquetamiento del ADN viral" , Base de datos de biociencias Madame Curie [Internet] , Landes Bioscience , consultado el 28 de noviembre de 2023.
  36. ↑ Smith, George P. (1985). "Fago de fusión filamentoso: nuevos vectores de expresión que muestran antígenos clonados en la superficie del virión" . Science . 228 ( 4705): 1315– 1317. Bibcode : 1985Sci...228.1315S . doi : 10.1126/science.4001944 . ISSN 0036-8075 . JSTOR 1694587. PMID 4001944 .   
  37. ↑ Iwagami, Yoshifumi; Casulli, Sarah; Nagaoka, Katsuya; Kim, Miran; Carlson, Rolf I.; Ogawa, Kosuke; Lebowitz, Michael S.; Fuller, Steve; Biswas, Biswajit; Stewart, Solomon; Dong, Xiaoqun; Ghanbari, Hossein; Wands, Jack R. (2017). "La vacuna basada en fagos lambda induce inmunidad antitumoral en el carcinoma hepatocelular" . Heliyon . 3 (9) e00407. Bibcode : 2017Heliy...300407I . doi : 10.1016/ j.heliyon.2017.e00407 . PMC 5619992. PMID 28971150 .  
  38. ↑ "7.14E: Bacteriófago Lambda como vector de clonación" . Biology LibreTexts . 17 de mayo de 2017. Consultado el 28 de noviembre de 2023 .

Lecturas adicionales

  • Watson J, Baker T, Bell S, Gann A, Levine M, Losick R. Biología molecular del gen (Edición internacional) (6.ª  ed.).
  • Ptashne M , Hopkins N (agosto de 1968). "Los operadores controlados por el represor del fago lambda" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 60 ( 4): 1282–1287 . Bibcode : 1968PNAS...60.1282P . doi : 10.1073/pnas.60.4.1282 . PMC 224915. PMID 5244737 .  
  • Meyer BJ, Kleid DG, Ptashne M (diciembre de 1975). "El represor lambda desactiva la transcripción de su propio gen" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 72 (12): 4785– 4789. Bibcode : 1975PNAS...72.4785M . doi : 10.1073/pnas.72.12.4785 . PMC 388816. PMID 1061069 .  
  • Brüssow H, Hendrix RW (enero de 2002). "Genómica de fagos: lo pequeño es hermoso" . Cell . 108 (1): 13–16 . doi : 10.1016/S0092-8674(01)00637-7 . PMID 11792317 . 
  • Dodd IB, Shearwin KE, Egan JB (abril de 2005). "Regulación genética revisada en el bacteriófago lambda". Current Opinion in Genetics & Development . 15 (2): 145– 152. doi : 10.1016/j.gde.2005.02.001 . PMID 15797197 . 
  • Friedman DI, Court DL (abril de 2001). "Bacteriófago lambda: vivo y coleando y haciendo lo suyo". Current Opinion in Microbiology . 4 (2): 201– 207. doi : 10.1016/S1369-5274(00)00189-2 . PMID 11282477 . 
  • Gottesman ME, Weisberg RA (diciembre de 2004). "Pequeña lambda, ¿ quién te creó?" . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 68 (4): 796– 813. doi : 10.1128/MMBR.68.4.796-813.2004 . PMC 539004. PMID 15590784 .  
  • Hendrix RW, Smith MC, Burns RN, Ford ME, Hatfull GF (marzo de 1999). "Relaciones evolutivas entre diversos bacteriófagos y profagos: todo el mundo es un fago" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 96 (5): 2192– 2197. Bibcode : 1999PNAS...96.2192H . doi : 10.1073 / pnas.96.5.2192 . PMC 26759. PMID 10051617 .  
  • Kitano H (marzo de 2002). " Biología de sistemas: una breve descripción general". Science . 295 (5560): 1662– 1664. Bibcode : 2002Sci...295.1662K . doi : 10.1126/science.1069492 . PMID 11872829. S2CID 2703843 .  
  • Ptashne, M. "Un interruptor genético: El fago Lambda revisitado", 3.ª edición, 2003
  • Ptashne M (junio de 2005). "Regulación de la transcripción: de lambda a eucariotas" . Trends in Biochemical Sciences . 30 (6): 275– 279. doi : 10.1016/j.tibs.2005.04.003 . PMID 15950866 . 
  • Snyder L, Champness W (2007). Genética molecular de las bacterias (3.ª  ed.).(Contiene una descripción general informativa y bien ilustrada del bacteriófago lambda)
  • "Infección por bacteriófago Lambda" . Splasho . Archivado del original el 19 de marzo de 2014.(ilustra los genes activos en todas las etapas del ciclo de vida)
  • Ciclo de vida, animación básica del ciclo de vida de Lambda (ilustra las vías de infección y líticas/lisogénicas con algunos detalles sobre proteínas y transcripción).
  • Vídeo de microscopía de lapso de tiempo del MIT que muestra tanto la lisis como la lisogenia del fago lambda.
  • Ciclo de vida del fago Lambda (demostración visual básica del ciclo de vida del bacteriófago Lambda)
  • Genoma del fago Lambda en GenBank
  • Proteoma de referencia del fago Lambda de UniProt
  • Estructuras de proteínas del fago Lambda en NCBI (Visualización 3D de las estructuras de proteínas del bacteriófago Lambda)
Obtenido de " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Lambda_phage&oldid=1361010353 "
Lecturas relacionadas
6 articulos
BacteriófagoBacteriófagoModelo estructural con resolución atómica del bacteriófago T4 [1] La estructura de un bacteriófago miovirus típico Anatomía y ciclo de infección de...Escherichia coliEscherichia coliEscherichia coli ( / ˌ ɛ ʃ ə ˈ r ɪ ki ə ˈ k oʊ l aɪ / ESH -ə- RIK -ee-ə KOH -lye ) [ 1 ] [2] es una bacteria coliforme gramnegativa , anaeróbica fa...Esther LederbergEsther LederbergEsther Miriam Zimmer Lederberg (18 de diciembre de 1922 – 11 de noviembre de 2006) fue una microbióloga estadounidense y pionera de la genética bac...GenomaGenomaUna imagen de los 46 cromosomas que componen el genoma diploide de un varón humano (no se muestran los cromosomas mitocondriales). En los campos de...Ciclo líticoCiclo líticoEl ciclo lítico ( / ˈlɪtɪk / LIT -ik ) es uno de los dos ciclos de reproducción viral (refiriéndose a los virus bacterianos o bacteriófagos ) , sie...CápsideCápsideEsquema de un citomegalovirus Ilustración de un modelo geométrico que cambia entre dos posibles cápsides. Se ha observado un cambio de tamaño simil...