Взаимодействие генома фага лямбда с хромосомой клетки хозяина в процессе лизогенизации

При встраивании фагового генома в хромосому клетки -хозяина, возникает так называемая кольцевая пермутация генов, поскольку att-сайт располагается ассимитрично по отношению к cos-сайтам и при одиночном кроссинговере происходит перераспределение генов, т.е. кольцевая пермутация, и последовательность сцепленных генов остается тоже самое, но расположение становится иным.

Упрощенная генетическая карта фага лямбда, тут не все регуляторные гены отмечены, репликация детерминируется с определенного места ori -репликации, осуществляется в 2-х направлениях, и транскрипция после формирования кольцевой ДНК в клетке-хозяина начинается с 2-х промоторов, правого и левого промотора и осуществляется в противоположных направлениях. Помимо этих промоторов существуют дополнительные промоторы, в частности важный промотор Pi, который определяет транскрипцию генов ответственны за структуры интегразы (int-ген) и эксцизиназы (xis-ген), гены важные для взаимодействия генома фага с геномом клетки. Помимо этих 2-х основных промоторов выделяют и другие, речь потом пойдет, так называемый промотор установления лизогенного состояния, промотор поддержания лизогенного состояния P_RE- промотор, и P_RM -промотор, ну это на картинах потом.

Транскрипция начинается в двух направлениях и подразделяется на несколько стадий: выделяются ранняя транскрипция или транскрипция ранних генов, транскрипция квази-ранних генов или средних генов, и поздних генов, причем транскрипция начинается одновременно с правых и левых промоторов, но продолжается очень на коротком расстоянии от начала транскрипции и терминаторы останавливают данные транскрипции.

При этом возникает ситуация которая в конечном счете и обусловливает выбор цикла репродукции фага, пойдет ли продукция по литическому пути, либо будет ли клетка лизогенезированна.

Гены int и xis участвуют в процессе интеграции генома фага λ в хромосому клетки и эксцизии т.е. обратном переходе из лизогенного состояния в литический цикл. Для интеграции генома фага λ в хромосому клетки хозяина на ряду с репрессором С1, который угнетает транскрипцию всех структурных генов важных для созревания фага, участвует и продукт гена int наличие интегразы – специфический фермент который обеспечивает сайт специфическую рекомбинацию по att областям, так что для встраивания фага требуется из этих двух генов int и xis, только экспрессия гена int.

В случае репродукции по пути лизогенному, образовавшееся кольцо взаимодействует за счет att-сайтов гомологичных последовательностей в области генома фага λ и в области генома клетки. Эти att-сайты у клетки расположены между 2-мя локусами: галактозы и биотином, в этом месте за счет единичного кроссинговера, в последствии (модели Алана Кэмбела) формируется единая структура и геном фага включается в виде профага в геном клетки-хозяина. При этом репликация генома осуществляется вместе с клеткой-хозяином, а гены ответственные за литический цикл развития в таком состоянии оказываются репрессированными за счет активности репрессора фага λ, который инактивирует правый и левый промотер и таким образом никаких продуктов ранних генов не формируется в последующем, за исключеним только одного продукта, продукта гена С-1 детерминиреющего репрессор фага лямбда белок С-1.

Наличие в цитоплазме продукта гена C1, т.е гена репрессора обеспечивает перманентное состояние невосприимчивости клеток к дополнительному заражению фагом лямбда, а также сохранению лизогенного состояния. Белок C1 является саморепрессирующимся белком, то есть его транскрипция подвержена самоингибированию при больших количествах репрессора транскрипция гена С1 прекращается и клетка независимо от того в каких условиях она находится, всегда содержит определенные концентрации репрессора, достаточные для того чтобы заэкспрессировать гены необходимые для литического развития и обеспечить состояние иммунитета.

В клетке находится примерно около 100 молекул репрессора фага λ, что вполне достаточно для подавления генов литического цикла и предотвращения повторного заражения другим дополнительным фагом λ.

(Рис 0020)