ФНР регулон - FNR regulon

В fnr (фумарат и нитрат редуктаза) ген кишечная палочка кодирует активатор транскрипции (FNR), который требуется для выражение ряда генов, участвующих в анаэробный респираторный пути. Белок FNR (регулятор фумарат и нитратредуктазы) Кишечная палочка реагирует на кислород регулятор транскрипции требуется для перехода с аэробный к анаэробный метаболизм.

Ген fnr экспрессируется как в аэробных, так и в анаэробных условиях и подвержен влиянию саморегуляция и подавление к глюкоза, особенно во время анаэробного роста. Функциональное состояние FNR определяется (быстрой) инактивацией FNR O2и медленная (постоянная) реактивация глутатионом в качестве восстанавливающего агента.[1]

Регулирование ФНР кислородом

Только если ни O2 ни нитрат доступны фумаратредуктаза и ферментативный ферменты синтезированы. Переход от аэробный нитратам и фумаратам дыхание или ферментация соответствует прогрессивному снижению выхода АТФ. Это положение гарантирует преимущественное использование акцепторы электронов с высоким АТФ урожайность, и осуществляется регуляторы отвечая на O2, нитрат и фумарат.

Наличие кислорода

Сенсорный домен FNR содержит кластер Fe-S, который относится к [4Fe-4S]2+ тип в анаэробных условиях. Кислород в цитоплазматический ФНР поступает через распространение и инактивирует FNR прямым взаимодействием. Кластер Fe-S преобразуется в [3Fe-4S]+ или [2Fe-4S]+ кислородом, что приводит к инактивации FNR. После продолжительной инкубации с кислородом кластер Fe-S разрушается путем преобразования в кластер [2Fe-2S] и, наконец, в apoFNR.

Регулирование FNR кислородом

Отсутствие кислорода

Взаимное преобразование активного и неактивного FNR - это обратимый процесс. Чувствительный к кислороду домен FNR содержит обнаженный на поверхности кластер Fe-S, который может реагировать с клеточными восстановителями, такими как глутатион или же тиол белки. IscS изофермент (ген iscS) является одним из наиболее важных требований для образования [4Fe – 4S] .FNR in vivo.[2] Образование [4Fe – 4S] FNR из apoFNR является частью синтеза активных FNR de novo. Для реакции требуется цистеин-десульфураза, которая катализирует десульфурация цистеина, обеспечивающего HS- (предположительно через связанный с ферментом персульфид) для образования кластеров FeS. Неизвестно, поддерживает ли глутатион также преобразование [2Fe – 2S] .FNR в [4Fe – 4S] .FNR. В бескислородных условиях [4Fe-4S] .FNR, связанный с 4 остатками цистеина, связывается с сайтами-мишенями ДНК и контролирует экспрессию соответствующих генов.

Кислород является фактическим сигналом для FNR, тогда как; сокращение служит постоянным обращением FNR в активное состояние. Однако для инактивации FNR требуется только окислитель, и не обязательно сам кислород. Феррицианид является в состоянии, in vivo и in vitro, чтобы способствовать инактивации функции FNR или разрушению [4Fe – 4S] .FNR путем окисления кластера.[3]

Гены, регулируемые FNR

FNR представляет собой главный переключатель, который обеспечивает аэробного дыхания используется вместо анаэробный респираторный метаболизм или же ферментация просто потому, что важные анаэробные гены не экспрессируются, если FNR не находится в своей активной (анаэробной) форме. FNR - очень важный транскрипционный фактор, который участвует в регуляции синтеза многих генов.[4] Важные группы FNR-регулируемых генов E. coli

Функция генных продуктовПример
Респираторные ферментыаноксическая, кислородная фумаратредуктаза (frdABCD)
Трансмембранные носителиВытекание нитритов (НАРК)
Анаэробный катаболизмферментация Пируват формиат-лиаза (pflA)
Генные регуляторыArcA, FNR, (NarX)
Регулирование гена Nar и arfM с помощью FNR (активировано)

Активный FNR белок активирует и подавляет цель гены в ответ на анаэробиоз. Он также подавляет аэробные гены, цитохром d и o оксидазу и НАДН-дегидрогеназу II. Он действует как положительный регулятор генов, экспрессируемых в анаэробных ферментативных условиях, таких как аспартаза, формиатгидрогеназа, фумаратредуктаза и пируватформиатлиаза.[5]

Регулирование системы ArcA

Arc A регулируется FNR в анаэробных условиях. Анаэробная активация транскрипции arcA увеличивается в 3-4 раза в присутствии Fnr. Регуляторная область, расположенная выше arcA, содержит пять предполагаемых промоторных последовательностей и предполагаемый сайт связывания Fnr. Идентификация сайтов начала транскрипции указывает на то, что транскрипция происходит в аэробиозе с трех конститутивных вышестоящих промоторов (Pе, Пd, Пc). При анаэробиозе дополнительный полностью Fnr-зависимый транскрипт, начинающийся с Pа, настоящее. Оба эти гена затем негативно регулируют ген sodA, кодирующий супероксиддисмутазу марганца.[6]

Регулирование системы NarX / NarL

Продукт гена fnr, a плейотропный активатор транскрипции, требуется для выражения опероны кодирующие комплексы нитрат- и фумаратредуктаз. FNR, эффективный респираторный оксидант, индуцирует синтез нитратных респираторных ферментов и одновременно подавляет синтез ферментов для дыхания акцепторов с более низким потенциалом.

У Escherichia coli анаэробная экспрессия генов, кодирующих нитратные (narGHJI) и диметилсульфоксидные (dmsABC) терминальные редуктазы, стимулируется глобальным анаэробным регулятором - FNR. Было высказано предположение, что способность FNR активировать инициацию транскрипции зависит от белок-белковые взаимодействия между РНК-полимеразой и двумя активирующими областями (AR) FNR, FNR-AR1 и FNR-AR3. Кроме того, в присутствии активированного narL эффект связывания FNR с RNAP значительно снижается.[7]

Эукариотическая система, имеющая гомолог FNR

В Fusarium oxysporum, член грибы семейство, содержит уникальный цитохром P-450, чьи гены при секвенировании демонстрируют ту же последовательность, что и сайт связывания FNR, ДНК-связывающего, O2-сенсорного белка, который положительно регулирует экспрессию гипоксических сайтов в E. coli. Эти результаты открывают интересную возможность того, что экспрессия грибковой системы денитрификации также регулируется набором механизмов, то есть комбинацией FNR-подобной системы и системы, отвечающей на нитрат / нитрит.[8]

Рекомендации

  1. ^ Чувствительный к кислороду регулятор транскрипции FNR Escherichia coli: поиск сигналов и реакций: Готфрид Унден; Ян Ширавски. Молекулярная микробиология 25: 205-210. 1997 г.
  2. ^ Цистеиновая десульфураза, IscS, играет важную роль в образовании кластеров Fe-S in vivo у Escherichia coli. Schwartz et al. Proc Natl Acad Sci U S A.97. 2000 г.
  3. ^ Контроль функции FNR Escherichia coli с помощью O2 и условия восстановления: G. Unden, S. Achebach, G. Holighaus, H.-Q. Тран, Б. Ваквиц и Ю. Цойнер. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 4: 263-268. 2002 г.
  4. ^ Переоценка FNR Regulon и транскриптомный анализ эффектов нитратов, нитритов, NarXL, и NarQP в качестве Escherichia coli K12 Адаптируется от аэробного к анаэробному росту: Кристала Константиниду, Джон Л. Хобман, Лесли Гриффитс, Мала Д. Патель, Чарльз У. Пенн, Джеффри А. Коул и Тим У. Овертон. ЖУРНАЛ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ. 281: 4802–4815. 2006 г.
  5. ^ Регулируемая кислородом экспрессия генов в Escherichia coli: Лекция премии Марджори Стивенсон 1992 г., Джон Р. Гест. Журнал общей микробиологии. 138, 2253-2263. 1992 г.
  6. ^ Анаэробная активация транскрипции arcA в Escherichia coli: роли Fnr и ArcA: Inès Company, Danlèle Touati. Молекулярная микробиология. 11: 955–964. 1994 г.
  7. ^ FNR-зависимая активация промоторов dmsA и narG класса II Escherichia coli требует FNR-активирующих областей 1 и 3 - Карин Э. Ламберг, Патриция Дж. Кили
  8. ^ Цитохром P-450, ген цитохрома P-450, CYP 55, гриба оксидредуктазы Fusarium oxysporum Содержит потенциальный сайт связывания для FNR, фактора транскрипции, участвующего в регуляции анаэробного роста кишечная палочка: Дайсуке Томура, Эндзи Обика, Киёси Фукамизу и Ирофуми Шоун. Журнал биохимии. 116: 88-94. 1994 г.