FNR düzenlemesi - FNR regulon

fnr (fumarat ve nitrat redüktaz) geni Escherichia coli kodlar transkripsiyonel aktivatör (FNR) için gerekli olan ifade dahil olan bir dizi genin anaerobik solunum yollar. FNR (Fumarat ve Nitrat redüktaz Düzenleyici) proteini E. coli oksijene duyarlıdır transkripsiyonel düzenleyici geçiş için gerekli aerobik -e anaerobik metabolizma.

Fnr geni hem aerobik hem de anaerobik koşullar altında ifade edilir ve otoregülasyon ve baskı tarafından glikoz özellikle anaerobik büyüme sırasında. FNR'nin fonksiyonel durumu, FNR'nin O tarafından (hızlı) inaktivasyonu ile belirlenir.2ve indirgeyici ajan olarak glutatyon ile yavaş (sabit) bir yeniden aktivasyon.[1]

FNR'nin oksijenle düzenlenmesi

Sadece hiçbiri O2 ne de nitrat mevcuttur, fumarat redüktaz ve fermentatif enzimler sentezlenir. Geçiş aerobik nitrat ve fumarat solunumu veya fermantasyon, ATP verimlerinde kademeli bir düşüşe karşılık gelir. Bu düzenleme, elektron alıcıları yüksek ATP verim ve etkilenen düzenleyiciler O'ya yanıt vermek2, nitrat ve fumarat.

Oksijen varlığı

FNR'nin duyusal alanı, [4Fe-4S] olan bir Fe-S kümesi içerir.2+ anaerobik koşullar altında yazın. Oksijen, sitoplazmik FNR'ye, yayılma ve doğrudan etkileşimle FNR'yi inaktive eder. Fe-S kümesi [3Fe-4S] 'e dönüştürülür+ veya bir [2Fe-4S]+ oksijen ile, FNR inaktivasyonuna neden olur. Oksijen ile uzun süreli inkübasyondan sonra Fe-S kümesi, [2Fe-2S] kümesine ve son olarak apoFNR'ye dönüştürülerek yok edilir.

FNR'nin Oksijenle Düzenlenmesi

Oksijen yokluğu

Aktif ve pasif FNR'nin karşılıklı dönüşümü bir tersine çevrilebilir süreç. FNR'nin oksijen algılama alanı, hücresel indirgeyicilerle reaksiyona girebilen yüzeye maruz kalan bir Fe-S kümesi içerir. glutatyon veya tiol proteinler. IscS izoenzim (iscS geni) in vivo [4Fe-4S] .FNR oluşumu için en önemli gereksinimlerden biridir.[2] ApoFNR'den [4Fe-4S] FNR oluşumu, aktif FNR'nin de novo sentezinin bir parçasıdır. Reaksiyon, katalize eden sistein desülfüraz gerektirir kükürt giderme FeS küme oluşumu için HS- (muhtemelen enzime bağlı persülfit yoluyla) sağlayan sistein. Glutatyonun [2Fe – 2S] .FNR'nin [4Fe – 4S] .FNR'ye dönüşümünü destekleyip desteklemediği bilinmemektedir. Anoksik koşullar altında, 4 sistein kalıntısına bağlı [4Fe-4S] .FNR, DNA hedef bölgelerine bağlanır ve karşılık gelen genlerin ekspresyonunu kontrol eder.

Oksijen, FNR için gerçek sinyaldir; indirgeme, FNR'nin aktif duruma sürekli olarak tersine çevrilmesi olarak hizmet eder. Bununla birlikte, FNR'nin inaktivasyonu yalnızca bir oksitleyici ajan ve oksijenin kendisi olması gerekmez. Ferrisiyanür muktedir, in vivo ve laboratuvar ortamında, kümeyi oksitleyerek FNR işlevinin veya [4Fe-4S] .FNR yıkımının inaktivasyonunu teşvik etmek.[3]

FNR tarafından düzenlenen genler

FNR, bunu sağlayan ana anahtarı temsil eder. aerobik solunum tercih edilerek kullanılır anaerobik solunum metabolizma veya mayalanma, çünkü FNR aktif (anaerobik) formunda olmadığı sürece önemli anaerobik genler ifade edilmez. FNR, birçok genin sentezinin düzenlenmesinde rol alan çok önemli bir transkripsiyonel faktördür.[4] E. coli'nin FNR ile düzenlenmiş genlerinin önemli grupları

Gen ürünlerinin işleviMisal
Solunum enzimlerianoksik, oksik Fumarat redüktaz (frdABCD)
Transmembran taşıyıcılarNitrit akışı (narK)
Anaerobik katabolizmafermentasyon Piruvat format-liyaz (pflA)
Gen düzenleyicileriArcA, FNR, (NarX)
Nar ve arfM geninin FNR tarafından düzenlenmesi (aktive)

Aktif FNR protein hedefi harekete geçirir ve bastırır genler anaerobiyoza yanıt olarak. Aynı zamanda aerobik genleri, sitokrom d ve o oksidaz ve NADH dehidrojenaz II'yi de baskılar. Aspartaz, format hidrojenaz, fumarat redüktaz ve piruvat format liyaz gibi anaerobik fermentatif koşullar altında ifade edilen genlerin pozitif bir düzenleyicisi olarak işlev görür.[5]

ArcA sisteminin düzenlenmesi

Arc A, anaerobik koşullarda FNR tarafından düzenlenir. Arkın anaerobik aktivasyonu Fnr varlığında bir transkripsiyon üç ila dört kat artar. ArcA yukarı akış düzenleyici bölgesi, beş varsayılan hızlandırıcı sekans ve varsayılan bir Fnr bağlama sahası içerir. Transkripsiyon başlangıç ​​bölgelerinin tanımlanması, transkripsiyonun aerobiyozda üç kurucu yukarı akış promotöründen (Pe, Pd, Pc). Anaerobiyozda, P'den başlayarak tamamen Fnr'ye bağımlı ek bir transkripta, mevcut. Bu genlerin her ikisi de daha sonra manganez süperoksit dismutazı kodlayarak sodA genini negatif olarak düzenler.[6]

NarX / NarL sisteminin düzenlenmesi

Fnr gen ürünü, bir pleiotropik transkripsiyonel aktivatör ifadesi için gereklidir operonlar nitrat ve fumarat redüktaz komplekslerini kodlayan. Etkili bir solunum oksidanı olan FNR, nitrat solunum enzimlerinin sentezini indükler ve aynı zamanda düşük potansiyelli alıcıların solunması için enzimlerin sentezini de baskılar.

Escherichia coli'de, nitrat (narGHJI) ve dimetil sülfoksit (dmsABC) terminal redüktazlarını kodlayan genlerin anaerobik ekspresyonu, global anaerobik regülatör-FNR tarafından uyarılır. FNR'nin transkripsiyon başlatmayı aktive etme kabiliyetinin şunlara bağlı olduğu ileri sürülmüştür: protein-protein etkileşimleri RNA polimeraz ve FNR, FNR-AR1 ve FNR-AR3'ün iki aktive edici bölgesi (AR) arasında. Ayrıca, aktifleştirilmiş narL varlığında, FNR'nin RNAP'ye bağlanmasının etkisi büyük ölçüde azalır.[7]

FNR'ye homolog olan ökaryotik sistem

İçinde Fusarium oxysporum, bir üye mantarlar familyası, genleri sekanslandığında, E. coli'deki hipoksik bölgelerin ekspresyonunu pozitif olarak düzenleyen bir DNA bağlayıcı, O2 sensörü proteini olan FNR'nin bağlanma sahası ile aynı sekansı sergileyen benzersiz bir sitokrom P-450 içerir. Bu sonuçlar, mantar denitrifikasyon sisteminin ekspresyonunun da bir dizi mekanizma, yani bir FNR benzeri sistem ve nitrat / nitrite yanıt veren bir sistemin bir kombinasyonu tarafından düzenlendiği ilginç olasılığını ortaya çıkarmaktadır.[8]

Referanslar

  1. ^ Escherichia coli'nin oksijene duyarlı transkripsiyonel regülatörü FNR: sinyal ve reaksiyon arayışı: Gottfried Unden; Jan Schirawski. Moleküler Mikrobiyoloji 25: 205-210. 1997.
  2. ^ Escherichia coli'de sistein desülfüraz, IscS, in vivo Fe-S kümesi oluşumunda önemli bir role sahiptir. Proc Natl Acad Sci US A.97. 2000
  3. ^ Escherichia coli'nin FNR Fonksiyonunun O ile Kontrolü2 ve İndirgeme Koşulları: G. Unden, S. Achebach, G. Holighaus, H.-Q. Tran, B. Wackwitz ve Y. Zeuner. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 4: 263-268. 2002.
  4. ^ FNR Regulonunun Yeniden Değerlendirilmesi ve Nitrat, Nitrit Etkilerinin Transkriptomik Analizi, NarXL, ve NarQP gibi Escherichia coli K12 Aerobikten Anaerobik Büyümeye Uyarlamalar: Chrystala Constantinidou, Jon L. Hobman, Lesley Griffiths, Mala D. Patel, Charles W. Penn, Jeffrey A. Cole ve Tim W. Overton. BIOLOGICAL CHEMISTRY DERGİSİ. 281: 4802–4815. 2006.
  5. ^ Escherichia coli'de oksijenle düzenlenen gen ifadesi: 1992 Marjory Stephenson Ödül Konferansı, JOHN R. GUEST. Journal of General Microbiology. 138, 2253-2263. 1992
  6. ^ ArcA'nın Escherichia coli'de anaerobik aktivasyonu: Fnr ve ArcA'nın rolleri: Inès Company, Danlèle Touati. Moleküler Mikrobiyoloji. 11: 955–964. 1994.
  7. ^ Escherichia coli'nin sınıf II dmsA ve narG promoterlerinin FNR'ye bağlı aktivasyonu, FNR-aktive edici bölgeler 1 ve 3 gerektirir - Karin E. Lamberg, Patricia J. Kiley
  8. ^ Mantarın Nitrik Oksit Redüktaz Sitokrom P-450 geni, CYP 55 Fusarium oxysporum FNR için Potansiyel Bağlanma Bölgesi içeren, Anaerobik büyümenin düzenlenmesinde yer alan transkripsiyon faktörü Escherichia coli: Daisuke Tomura, Enji Obika, Kiyoshi Fukamizu ve Irofumi Shoun. Biyokimya Dergisi. 116: 88-94. 1994.