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Proteína CII

El activador transcripcional II o cII es una proteína de unión al ADN y un factor de transcripción importante en el ciclo de vida del fago lambda . [1] Está codificado en el gen...

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El activador transcripcional II o cII es una proteína de unión al ADN y un factor de transcripción importante en el ciclo de vida del fago lambda . [1] Está codificado en el genoma del fago lambda por el gen cII de 291 pares de bases. [2] El cII desempeña un papel clave a la hora de determinar si el bacteriófago incorporará su genoma a su huésped y permanecerá inactivo ( lisogenia ), o se replicará y matará al huésped ( lisis ). [3]

Introducción

El cII es el “guardagujas” central en el interruptor genético biestable del fago lambda, lo que permite que las condiciones ambientales y celulares influyan en la decisión de lisogenizar o lisar a su anfitrión. [4] El cII actúa como un activador transcripcional de tres promotores en el genoma del fago : pI, pRE y pAQ. [3] El cII es una proteína inestable con una vida media tan corta como 1,5 minutos a 37˚C, [5] lo que permite fluctuaciones rápidas en su concentración. Aislada por primera vez en 1982, [6] la función del cII en la red reguladora de lambda ha sido ampliamente estudiada.

Estructura y propiedades

Dominios de unión al ADN de hélice-giro-hélice en el activador transcripcional cII del fago lambda
Dominios de unión al ADN de hélice-giro-hélice (rosa) en la proteína cII tetramerizada [1] [7]

El cII se une al ADN como un tetrámero , compuesto de subunidades idénticas de 11 kDa. [7] Aunque el gen cII codifica 97 codones , la subunidad proteica madura cII solo contiene 95 aminoácidos debido a la escisión postraduccional de los dos primeros aminoácidos (fMet y Val). [6] El cII es tóxico para las bacterias cuando se sobreexpresa, ya que inhibe la síntesis de ADN . [8]

cII se une a una región homóloga 35 pares de bases aguas arriba de los promotores pI, pRE y pAQ. [7] A diferencia de otras proteínas de unión al ADN, cII reconoce una secuencia de repetición directa TTGCN 6 TTGC en lugar de secuencias que forman palíndromos . [7] cII se une al ADN ~2 órdenes de magnitud menos fuertemente que el represor lambda cI [7] (3), y tiene una constante de disociación de ~80 nM. [2] La unión al ADN se logra utilizando el motivo común hélice-giro-hélice [1] (15), ubicado entre los residuos 26 y 45. [7] A cada lado del dominio de unión al ADN hay dominios cruciales para la formación del tetrámero, ubicados en los residuos 9-25 y 46-71. [7] La ​​inestabilidad in vivo inherente de cII proviene de una etiqueta de degradación C-terminal, que consiste en los residuos 89-97. Esta etiqueta es reconocida por las proteasas del huésped HflA y HflB, causando una rápida proteólisis de cII. [9] Aunque la etiqueta C-terminal todavía es accesible cuando cII está tetramerizado [2] (13), la tasa de degradación proteolítica disminuye, ya que las proteasas Hfl solo degradan monómeros de cII. [9]

Función

La función principal de cII en la red reguladora del fago lambda es iniciar la cascada de establecimiento del represor. Una vez que se establece la lisogenia , cII ya no es necesaria y, por lo tanto, se desactiva. Actúa como elemento de conmutación para establecer la represión de los genes líticos después de la infección, lo que produce el fenotipo lisogénico . [3]

cII se expresa por primera vez después de que la proteína fágica N alcanza niveles suficientes para antiterminar la transcripción derecha temprana más allá de tR1, lo que permite que la ARN polimerasa transcriba el gen cII. [10] Si los niveles de cII alcanzan un cierto nivel umbral, se inducirá la expresión a través de los promotores pI, pRE y pAQ, iniciando las dos acciones necesarias para establecer la lisogenia: 1) represión de genes líticos y 2) integración del genoma del fago en el cromosoma del huésped . [11] La activación del promotor pRE permite la expresión de la proteína represora cI, que apaga todos los genes líticos. La activación de pRE también está acompañada de una caída de ~2 veces en la actividad pR debido a la transcripción convergente de los dos promotores, lo que disminuye la expresión de los genes líticos O y P. [12] La activación del promotor pAQ produce el ARN antisentido para Q, una proteína clave en la activación de los genes líticos tardíos. La producción de ARN antisentido Q detiene la producción de Q, lo que reduce la actividad lítica hasta que el represor cI puede detener adecuadamente toda la expresión génica lítica. [13] La activación del promotor pI provoca la expresión de la proteína fágica Int, cuya función es integrar el genoma del fago en el cromosoma del huésped. [3] Por lo tanto, aunque los niveles de cII juegan un papel importante en la determinación del destino de la célula, las fluctuaciones térmicas aleatorias también determinan parcialmente si se elige la lisis o la lisogenia. [4]

Red reguladora del fago lambda: expresión de cII [3]

El nivel de cII en la célula durante la infección es altamente variable debido a su inestabilidad in vivo inherente, y sus niveles están altamente influenciados por factores ambientales y celulares que influyen en su tasa de degradación. [4] Dichos factores incluyen la temperatura , [14] la inanición celular y el número de fagos que infectan la célula (una indicación del número de población de fagos). [4] Los experimentos han demostrado que las bajas temperaturas aumentan la vida media in vivo de cII de ~1-2 minutos a 37˚C a 20 minutos a 20˚C, aumentando así la probabilidad de que una célula se lisogeneice. Se postula que la mayor estabilidad de cII a temperaturas más bajas puede deberse a una mayor tetramerización y/o una menor actividad de la proteasa Hfl. [14] De manera similar, debido a que las proteasas Hfl del huésped degradan las proteínas de una manera dependiente de ATP , acoplar los niveles de cII a la actividad de la proteasa Hfl permite que el bacteriófago detecte el estado energético de la célula (sana o hambrienta). [15] Por lo tanto, la lisogenia se ve favorecida cuando las células están privadas de nutrientes. [14] Finalmente, si una célula bacteriana es infectada por múltiples bacteriófagos , el nivel de cII aumenta debido a las contribuciones adicionales de cada fago infectante. Por lo tanto, la lisogenia también se ve favorecida en células infectadas por múltiples fagos. [4]

Regulación

Los niveles de cII durante la infección exhiben una amplia regulación postranscripcional .

  1. Traducción
    • La traducción del gen cII dentro de la transcripción derecha temprana depende de la antiterminación N
  2. Degradación del ARNm de cII:
    • El ARNm que codifica el extremo C-terminal de cII se superpone con el ARN OOP (un ARN antisentido de 77 pares de bases que se origina aguas abajo de cII) en 16 codones.
    • OOP se hibrida con el ARNm cII, formando ARN bicatenario.
    • El complejo de ARN bicatenario OOP-cII es susceptible a la hidrólisis de la ARNasa III del huésped , destruyendo el ARN cII. [16]
  3. Degradación dependiente de la proteasa del huésped:
    • La etiqueta de degradación C-terminal es reconocida por las proteasas HflA y HflB del huésped, degradando rápidamente cualquier cII que encuentren.
  4. Tetramerización:
    • La oligomerización al tetrámero aumenta la estabilidad de cII, lo que permite que los niveles de cII se acumulen a un ritmo mayor. [9]

Referencias

  1. ^ abcd Jain D, Kim Y, Maxwell KL, Beasley S, Zhang R, Gussin GN, Edwards AM, Darst SA (julio de 2005). "Estructura cristalina del bacteriófago lambda cII y su complejo de ADN". Molecular Cell . 19 (2): 259–69. doi : 10.1016/j.molcel.2005.06.006 . PMID  16039594.
  2. ^ abc Datta AB, Roy S, Parrack P (enero de 2005). "Función de los residuos C-terminales en la oligomerización y estabilidad de lambda CII: implicaciones para la decisión de lisis-lisogenia del fago". Journal of Molecular Biology . 345 (2): 315–24. doi :10.1016/j.jmb.2004.09.098. PMID  15571724.
  3. ^ abcde Court DL, Oppenheim AB, Adhya SL (enero de 2007). "Una nueva mirada a las redes genéticas del bacteriófago lambda". Journal of Bacteriology . 189 (2): 298–304. doi :10.1128/JB.01215-06. PMC 1797383 . PMID  17085553. 
  4. ^ abcde Weiter JJ, Roh S (diciembre de 1992). "Infecciones virales de la coroides y la retina". Clínicas de enfermedades infecciosas de Norteamérica . 6 (4): 875–91. doi :10.1016/S0891-5520(20)30488-8. PMC 1460268 . PMID  9691025. 
  5. ^ Rattray A, Altuvia S, Mahajna G, Oppenheim AB, Gottesman M (julio de 1984). "Control de la actividad del bacteriófago lambda CII por las funciones del bacteriófago y del huésped". Journal of Bacteriology . 159 (1): 238–42. doi :10.1128/JB.159.1.238-242.1984. PMC 215619 . PMID  6330032. 
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