Герасимова А В Равчеев Д А

Герасимова А. В. , Равчеев Д. А. , Гельфанд М. С. , Рахманинова А. Б. Регуляция анаэробного дыхания бактерий. Анализ методами сравнительной геномики. Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова, Факультет Биоинженерии и Биоинформатики Институт Проблем Передачи Информации

Поиск регуляторных сайтов Поиск по консенсусу Обучающая выборка cta. TACTCATATATTGGTAtac tgt. TACTCATTTATGGGTAagt act. TACCTATATAGGGGTAatc tac. TACCCCTATATGAGTAatg tgg. TACTCATATAGGGGTActg atg. TACCCATATATGAGTAtca agc. TACCTATAGGTAgaa. . . Консеснусная последовательность TACССA TAT ATGG GTA TTC TA GAA Найденный сайт : ctacattaagatcgcttcactaaacca. TAa. TTCTAc. AGGGGTttattatgcggaaactctggaacgcg Вес сайта = 13/16

Поиск регуляторных сайтов Матрицы весов Обучающая выборка TACTCATATATTGGTA TACTCATTTATGGGTA TACCTATATAGGGGTA TACCCCTATATGAGTA TACTCATATAGGGGTA TACCCATATATGAGTA TACCTATAGGTA Вес каждого нуклеотида для каждой позиции: Матрица весов Позиция a 1 -0. 25 2 0. 38 3 0. 17 4 -0. 16 5 0. 07 6 0. 07 c 0. 06 -0. 08 0. 33 0. 36 0. 10 0. 30 g -0. 25 -0. 31 -0. 17 -0. 32 -0. 40 -0. 37 t 0. 44 0. 00 -0. 33 0. 13 0. 23 0. 00 Диаграмма Logo – графическое отображение матрицы Найденный сайт : ctacattaagatcgcttcactaaacca. TAATTCTACAGGGGTTtattatgcggaaactctggaacgcg Вес сайта = 3. 91

Сравнительный подход к изучению регуляции Метод генетического футпринтинга Геном 1 сайт Геном 2 Геном 3 нет сайта ! Геном 4 Вывод: ген находится под регуляцией.

Сравнительный подход к изучению регуляции Метод генетического футпринтинга Геном 1 сайт нет сайта ! Геном 2 нет сайта ! Геном 3 нет сайта ! Геном 4 Вывод: ген не регулируется данной регуляторной системой.

Сравнительный подход к изучению регуляции Метод генетического футпринтинга сайт Геном 1 Геном 2 нет ГЕНА ! Геном 3 нет ГЕНА ! нет сайта ! Геном 4 Вывод: ? ? ?

Строение дыхательной цепи бактерий Модуль 3 Редуктазный комплекс Модуль 1 Дегидрогеназный комплекс Модуль 2 Хиноны

Многообразие дыхательных цепей бактерий на примере Escherichia coli Доноры электронов Дегидрогеназы Хиноны Редуктазы Акцепторы электронов

Регуляция различных типов дыхания в Escherichia coli • FNR – активация анаэробного и репрессия аэробного дыхания • Arc. A – активация аэробного метаболизма в ответ на присутствие кислорода • Nar. L и Nar. P – регуляция нитратного и нитритного дыхания и репрессия других видов анаэробного дыхания • Все три белка могут быть как активаторами, так и репрессорами

Регуляция с помощью белка FNR O 2

Регуляция с помощью белка Arc. A O 2

Регуляция с помощью белков Nar. L и Nar. P NO 3

Ответ на нитрат и нитрит в Escherichia coli Эффектор : Сенсор : Регулятор : Сайт : ctg. TACCCATaaaaacta. ATGGGTAtca TACCCAT ATGGGTA a. TACCCATctgaaaaactac. TACCCATg TACCCAT actgaaaaa. TACCCATctaatccctatg TACCCAT . . actgaaa. TACCCATaa. ATGGGTAtaatc TACCCAT ATGGGTA

Сайт связывания белка FNR инвертированный повтор Ссылка : Gerasimova A. V. , Rodionov D. A. , Mironov A. A, Gelfand M. S. (2001) Computer analysis of regulatory signals in bacterial genomes. Fnr binding segments. Molecular Biology, 35, 1001 -1009.

Сайт связывания белка Arc. A Получен с помощью программы Se. Si. MCMC Ссылки : 1. Gerasimova A. V. , Gelfand M. S. , Makeev V. U. , Mironov A. A. , Favorov A. V. (2004) Arc. A regulator of gamma-proteobacteria: identification of the binding signal and description of the regulon. Biophysics [in press] 2. http: //favorov. hole. ru/gibbslfm/

Филогенетическое дерево белков Nar. L и Nar. P Nar. L Nar. P

Филогенетическое дерево белков Nar. L и Nar. P Nar. L Nar. P

Ген nar. P всегда представлен вместе с генами : • • nar. Q nap. FDAGHBC nrf. ABCDEFG ccm. ABCDEF-dsb. E-ccm. H – – сенсорный белок периплазматическая нитрат-редуктаза периплазматическая нитрит-редуктаза экспорт гема в периплазму Сайт связывания белка Nar. P палиндром

Гамма-протеобактерии, содержащие только Nar. P Семейство Enterobacteriaceae Семейство Pasteurellaceae Семейство Vibrionaceae

Результаты работы Авторегуляция и регуляторные каскады Escherichia coli

Результаты работы Авторегуляция и регуляторные каскады Yersinia pestis, Yersinia entercolitica

Результаты работы Авторегуляция и регуляторные каскады Haemophilus influenzae, Pasteurella multocida, Actinobacillus actinomycetemcomitans

Результаты работы Авторегуляция и регуляторные каскады Haemophilus ducreyi, Vibrio fischeri, Vibrio cholerae, Vibrio vulnificus, Vibrio parahaemolyticus

Результаты работы Nar. P - регулон 1. Включает все гены, регулируемые в Escherichia coli двойной системой Nar. L + Nar. P 2. Ядро регулона :

Результаты работы Новые члены регулонов FNR, Arc. A, Nar. P Yersinia pestis, Haemophilus influenzae, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Haemophilus ducreyi, Vibrio cholerae, Vibrio vulnificus, Vibrioparahaemolyticus, Vibrio fischeri FNR, Arc. A Yersinia entercolitica FNR Pasteurella multocida

Результаты работы Новые члены регулонов Рассмотренные геномы Escherichia coli Гомологии НЕТ ! Yersinia pestis Yersinia entercolitica Pasteurella multocida Actinobacillus actinomycetemcomitans Haemophilus influenzae Haemophilus ducreyi Vibrio vulnificus Vibrio parahaemolyticus Vibrio cholerae Vibrio fischeri Fnr Fnr — — Fnr — Arc. A Arc. A — — Nar. P — —

Результаты работы Новые члены регулонов Оперон синтеза молибден-содержащего кофактора Yersinia pestis Yersinia entercolitica Pasteurella multocida Actinobacillus actinomycetemcomitans Haemophilus influenzae Haemophilus ducreyi Vibrio vulnificus Vibrio parahaemolyticus Vibrio cholerae Vibrio fischeri Fnr Fnr Fnr — — — Arc. A — — — Nar. P Nar. P

Выводы 1. Впервые проведено комплексное исследование регуляторных систем, различных по структуре, но контролирующих близкие биологические процессы. 2. Разработана и реализована методика выявления семейство-специфичной регуляции. 3. Созданы распознающие правила для поиска сайтов связывания белков Arc. A и Nar. P. 4. Найдены новые потенциальные члены рассмотренных регулонов. 5. Предсказан ряд регуляторных каскадов, показано изменение иерархии регуляторов в ходе эволюции.

Благодарности Работа выполнена под руководством Рахманиновой А. Б и Гельфанда М. С. В работе было использовано программное обеспечение, разработанное и любезно предоставленное Мироновым А. А. и Фаворовым А. В. Мы благодарны Родионову Д. А. за полезное обсуждение.