Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 3 - Д. Мецлер 1980

Биохимическая генетика и синтез нуклеиновых кислот и белков
Генетические методы
Природа супрессорных генов

Какие химические процессы лежат в основе супрессии (подавления) одной мутации другой мутацией, локализованной в иной точке хромосомы? Однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Редко мутация супрессируется другой мутацией, локализованной в пределах того же самого гена. Такой эффект может быть назван внутригенной комплементацией. Предположим, что мутация приводит к такой аминокислотной замене, которая нарушает стабильность структуры или функцию белка. Возможно, что мутация в другом сайте, захватывая остаток, взаимодействующий с замещенной аминокислотой, меняет характер взаимодействия двух остатков, что приводит к восстановлению функциональной активности белка. Так, например, если боковая цепь первой аминокислоты мала, а в результате мутации она замещается на более длинную боковую цепь, то вторая мутация, приводящая к уменьшению размера другой боковой цепи, может позволить образующемуся белку свертываться и функционировать подобно нормальному белку. Такой случай был обнаружен среди мутантов триптофансинтетазы [144]. Мутанты этого белка, у которых Gly-211 был заменен на Glu или Туr-175— на Cys, синтезировали неактивные ферменты, тогда как двойной мутант, т. е. мутант, в котором имели место обе эти замены, синтезировал активную триптофансинтетазу. Считают, что в большинстве случаев внутригенной супрессии происходят изменения во взаимодействии субъединиц олигомерных белков.

Наиболее хорошо изучены супрессорные гены, подавляющие большое число различных мутаций, ведущих к преждевременной терминации цепи. Объяснить химическую природу этих генов удалось только частично при помощи опытов с переносом супрессорного гена supF (su3) в ДНК бактериофага. Оказалось, что эта ДНК специфически гибридизуется с минорными видами тирозиновой тРНК (тирозиновой тРНКі). Последующие исследования показали, что suІІІ, служит структурным геном для минорной тирозиновой тРНК, У которой обычный антикодон GUA замещен на триплет CUA, способный спариваться с терминирующим кодоном UAG (amber-кодон). В результате в месте терминирующего сигнала, вызванного аmber-мутациями, будет происходить включение тирозина. Несколько странно, что тРНК, предотвращающая терминацию цепи, не препятствует синтезу других важных белков в бактериальной клетке. Однако эффективность супрессии не превышает обычно 30%. Следовательно, синтез многих полипептидных цепей заканчивается нормально. Если наличие двух сигналов терминации цепи является общим свойством генов, то синтез большей части белков в присутствии супрессорной тРНК должен заканчиваться нормально. Однако преждевременная терминация цепи, вызванная аmber-мутациями, будет при этом частично ингибирована, что позволит клетке синтезировать необходимое для выживания количество недостающего фермента. Нуклеотидные последовательности supF-TPHK и ее более длинного предшественника показаны на рис. 15-9.

Был выявлен также ряд других супрессорных генов, являющихся структурными генами специфических тРНК [140]. Недавно была обнаружена, например, супрессорная мутация со сдвигом рамки в гене глициновой тРНК Salmonella typhimurium [145]. В этой тРНК на месте антикодона находится не обычный триплет ССС, а четыре основания СССС. Это единственная из известных тРНК, у которой в антикодоновой петле не семь неспаренных нуклеотидов, как обычно, а восемь.

Супрессорные гены встречаются не только у бактерий. Так, мутация vermilion у дрозофилы супрессируется мутацией гена триптофановой тРНК [140]. При мутации vermilion не происходит синтеза коричного пигмента в глазу, что объясняется инактивацией триптофаноксигеназы [уравнение (10-45)]. Было обнаружено, что триптофаноксигеназа мутанта vermilion ингибируется одной из двух триптофановых тРНК, а именно тРНК2^Тrр. При супрессорной мутации тРНК меняется таким образом, что ингибирование снимается [140].

Миллер, Лу и их сотрудники [145а, b] с успехом использовали супрессорные мутации и получили с их помощью около 300 мутантных типов lас-репрессорного белка Е. coli. На первом этапе вводили amber-мутации приблизительно в 80 положений гена. Далее с целью клонирования мутантные гены переносили в эписомы (см. следующий раздел). Затем эти вирусоподобные эписомы использовали для заражения пяти штаммов бактерий, несущих супрессорные мутации, благодаря которым считывание кодона UAG (терминирующего) приводило к включению в белок различных аминокислот. Из этих инфицированных бактерий выделяли большие количества мутантных форм lас-репрессора. Оказалось, что многие мутации, локализованные вблизи от N-конца, влияют на связывание репрессора с ДНК, тогда как мутации, локализованные в центральной части, влияют на связывание с индуктором.