Исследование транскрипционной регуляции биосинтеза метионина в различных таксономических группах методами
advertisement
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!!!!
