Регуляция экспрессии генов систем рестрикции-модификации типа II C-белками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Богданова, Екатерина Сергеевна

• Богданова, Екатерина Сергеевна
• кандидат биологических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Богданова, Екатерина Сергеевна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 .Явление рестрикции-модификации

1.2. Системы рестрикции-модификации типа I

1.3. Системы рестрикции-модификации типа II

1.4. Системы рестрикции-модификации подтипа IIG

1.5. Системы рестрикции-модификации типа III

1.6. Распространение систем рестрикции-модификации

1.7. Молекулярная организация систем рестрикции-модификации

1.8. Регуляция экспрессии генов в системах Р-М типа I и III

1.9. Регуляция экспрессии генов в системах Р-М типа II 20 1.9.1 .Регуляция экспрессии генов СРМ за счет действия ДНКметилтрансфераз

1.9.1.а. Регуляция экспрессии генов за счет ковалентной модификации 20 промоторных элементов

1.9.1.6. ДНК-метилтрансфераза - авторегулятор собственного синтеза

1.9.2. Регуляция на пост транскрипционном уровне

1.9.3. Регуляция экспрессии генов СРМ С-белками 29 1.9.3.а. Структурная организация генов СРМ типа II, контролируемых Сбелками; организация «С-боксов».

I.9.3.6. Механизмы регуляции генов СРМ типа И С-белками. 34 II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

II. 1 Материалы и реактивы

II. 1.1. Штаммы бактерий и плазмидные вектора 38 II. 1.2. Среды и основные буферы 38 II. 1.3. Материалы и реактивы

II.2. Методы исследования

II.2.1. Выделение плазмидной ДНК

И.2.2. Получение препарата фага X-vir в высоком титре

II.2.3. Получение компетентных клеток E.coli и их трансформация

TI.2.4. ПЦР-амплификация ДНК

2.5. Препаративное выделение фрагментов ДНК

2.6. Метод задержки в геле комплексов ДНК-белок

II.2.7. Определение транскрипционной активности промоторов

II.2.8.1. Защита ДНК от расщепления ДНказой I

И.2.8.2. Перманганнатная проба.

11.2.9. Выделение тотальной РНК и реакция удлинения праймера

11.2.10. Определение и анализ первичной последовательности ДНК

11.2.11. Электрофорез в полиакриламидном и агарозном гелях

11.2.12. Определение активности галактокиназы

И.2.13. Определение ß- галактозидазы

11.2.14. Проведение реакций модификации ДНК

11.2.15. Плазмидные конструкции

11.2.16. Экспрессия и очистка белков 47 III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

III. 1. Регуляция СРМ Ahdl

III. 1.1. Анализ первичной последовательности структуры генов ahdIM- 48 ahdIS и ahdIC-ahdIR.

III. 1.2. Экспрессия генов СРМ Ahdl in vivo.

III. 1.3. Взаимодействие регуляторного белка С.Ahdl с операторным 51 участком «С-бокс».

III. 1.4. С-белок регулирует транскрипцию in vitro с промотора гена ЭР 56 Р ahdICR.

III. 1.5. Активность промотора гена ahdIM зависит от модификации 59 уникального сайта Ahdl.

III.2. Регуляция СРМ типа II Espl396l.

111.2.1. Анализ первичной последовательности структуры генов 61 espl396IC- espl396IR и espl396IM.

111.2.2. Экспрессия генов СРМ типа II EspI396l in vivo.

111.2.3. Клонирование гена espl396IC и очистка рекомбинантного белка 65 C.Espl396I.

111.2.4. Определение участка связывания для регуляторного белка 65 N6His-C.Esp 13961.

111.2.5. Взаимодействие регуляторного белка C.Espl396I с промоторно - 67 операторными участками.

111.2.6. C.Espl396I позитивно регулирует транскрипцию гена - 71 espl396ICR in vitro.

111.2.7. Дополнительный механизм регуляции espl396IRl 1Ъ

Ш.2.8. C.Esp 13961 негативно регулирует транскрипцию гена espl936IM 74 in vitro.

III.3. Регуляция СРМ типа II EcoRV.

Ш.3.1. Анализ первичной последовательности структуры генов СРМ 16 типа II EcoKV.

111.3.2. Для полноценной работы генов СРМ EcoRV необходим продукт 77 малой ОРС.

111.3.3. Влияние C.EcoRV на экспрессию генов СРМ EcoKV in vivo.

111.3.4. Взаимодействие регуляторного белка C.EcoRV с «С-боксом».

111.3.5. Влияние C.EcoRV на транскрипцию с промоторов генов СРМ 81 EcoRV in vitro.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регуляция экспрессии генов систем рестрикции-модификации типа II C-белками»

Системы рестрикции-модификации (СРМ) широко распространены среди различных микроорганизмов. К настоящему времени обнаружено и охарактеризовано свыше 3800 СРМ у различных видов бактерий и археобактерий (Roberts et al., 2005). Системы рестрикции-модификации II типа состоят из двух основных генов, которые кодируют ферменты, узнающие одну и ту же последовательность ДНК: эндонуклеазу рестрикции (ЭР) и ДНК-метилтрансферазу (МТ). Эндонуклеаза рестрикции катализирует разрыв фосфодиэфирной связи по обеим цепям ДНК в немодифицированном- сайте узнавания. Метилирование цитозиновых или адениновых оснований в сайте узнавания ДНК-метилтрансферазой с образованием полуметилированного или полностью метилированного сайта защищает ДНК от расщепления соответствующей эндонуклеазой. Для некоторых СРМ типа И, например, ВатШ, Pvull, £0001091 и .EcoRV было показано наличие дополнительного гена, кодирующего короткий регуляторный белок С (controller) (Ives et al., 1992; Tao et al., 1991; Kita et al., 2002; Zheleznaya et al., 2003).

Большинство изученных СРМ ведут себя, как эгоистические мобильные генетические элементы, приводящие к постсегрегационной гибели клетки (Dawkins,1989; Lubys et al., 1995; Kulakauskas et al., 1995; Kobayashi, 2004): те хозяйские клетки, которые теряют гены рестрикции-модификации, погибают за счет действия' ЭР' после потери защиты, обусловленной действием МТ (Engelberg-Kulka et al., 1999). Таким образом, СРМ действуют как системы токсин-антитоксин, также называемые «аддиктивными модулями». При этом роль долгоживущего токсина выполняет ЭР, а антитоксином, защитное действие которого ограничено во времени, является МТ. По мнению Arber (Arber, 2003) и Price и др. (Price et al., 1986), СРМ также принимают участие в инициации рекомбинации ДНК клетки-хозяина.

Большинство генов СРМ локализованы на плазмидах, которые способны перемещаться как в клетки того же вида, что и бактерия-хозяин, но не имеющие плазмиды СРМ, так и в бактерии других видов (Bickle and Kruger, 1993; Price et al., 1986). Очевидно, что в момент попадания плазмиды, несущей гены СРМ, в «наивную» клетку, не имеющую такой- системы, синтез ЭР и МТ должен быть координирован. В< противном случае, возможна гибель хозяина за счет преждевременной экспрессии ЭР (или недостаточной' продукции МТ). Вместе с хозяином погибнет и плазмида с генами рестрикции-модификации - исход явно нежелательный с точки зрения эгоистического генетического элемента. Способность плазмид, содержащих гены рестрикции-модификации, к горизонтальному переносу между разными видами бактерий накладывают еще одно требование, а именно, что регуляция экспрессии генов СРМ должна быть относительно независима от хозяйских регуляторных факторов, которые могут быть разными у разных бактерий. Однако, несмотря на очевидное существование регуляции генов СРМ, на сегодняшний день крайне мало известно о регуляторных механизмах. Это определяет актуальность всестороннего изучения процессов регуляции экспрессии генов систем рестрикции-модификации.

Цели и задачи исследования.

Целью настоящей работы являлось исследование молекулярных механизмов регуляции экспрессии генов у трех различных систем рестрикции-модификации типа II: Ahdl, Esp13961 и EcoRV. Для достижения данной цели ставились следующие задачи:

Локализовать промоторные элементы генов СРМ Ahdl, Esp 13961 и

EcoRV;

Определить характер связывания С-белков с операторной последовательностью «С-бокс» во всех трех системах;

Изучить влияние С-белков на экспрессию генов СРМ Ahcñ, EcoRV и

Espl396l in vivo и in vitro.

Данная работа выполнена на базе лаборатории молекулярной микробиологии Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г. К. Скрябина РАН и на базе лаборатории молекулярных механизмов транскрипции прокариот Института Ваксмана США.

Научная новизна. Впервые получены данные о молекулярных механизмах регуляции экспрессии генов систем рестрикции - модификации на уровне инициации транскрипции с помощью С-белка (controller) у трех различных систем Ahdl, Espl396l и EcoRV. Показано, что С-белки из различных систем связываются с инвертированными повторами, называемыми «С-боксами» и расположенными перед генами ahdIC, espl396IC и ecoRVC, а также перед геном espl396IM.

Продемонстрировано, что белки C.Esp 13961, C.EcoRV позитивно регулируют транскрипцию генов espl396ICR и ecoRVCR. Выявлено, что белок С.Ahdl выполняет двоякую роль в регуляции экспрессии собственного гена и гена ЭР: взаимодействие C.Ahdl с дистальным сайтом (Ol) «С-бокса» активирует транскрипцию с промотора РahdICR, а взаимодействие с проксимальным сайтом (Or) - репрессирует транскрипцию с этого промотора Обнаружено, что транскрипция с промотора РahdIMS не является C.AhdI-зависимой, а регулируется путем ковалентной модификации сайта узнавания, расположенного в промоторной области гена ahdIM. С.£л£>13961 является негативным регулятором транскрипции с промотора гена МТ; показано, что регуляторный белок ингибирует транскрипцию с промотора гена езр13961М в концентрациях более низких, чем те, которые необходимы для активации транскрипции с промотора генов езр13961СК. Установлено, что С.ЕсоЯУ не изменяет общую транскрипционную активность промоторов гена есоКУМ в результате того, что С.ЕсоЯУ подавляет транскрипцию с промотора РесоЯКМооип, и активирует транскрипцию с Ресо-/?КМиР.

Практическая ценность работы. Исследование механизмов регуляции экспрессии генов является фундаментальной задачей молекулярной биологии и поэтому представляет несомненный научный интерес. Кроме того, уяснение способов регуляции активности генов и важно в практическом плане, так как дает возможность контроля уровня активности различных генов, используемых в биотехнологии. Полученные в ходе работы генно-инженерные конструкции могут быть использованы для создания различных вариантов контролируемых генных переключателей, функционирующих в самых разных бактериях. В ходе данной работы сконструированы экспрессионные плазмиды, содержащие гены регуляторных белков трех различных СРМ, и разработана схема очистки каждого из них, что делает возможным получение очищенных- препаратов регуляторных белков для применения, например, в экспериментах по кристаллизации и изучению олигомерных комплексов и ДНК-белковых взаимодействий. Результаты данной работы открывают широкие возможности для экспериментального изучения динамики экспрессии генов систем рестрикции - модификации в реальном времени.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Богданова, Екатерина Сергеевна

ВЫВОДЫ:

1. Локализованы промоторы генов у трех различных СРМ типа II: А/пй, Езр13961 и ЕсоШ\

2. Показано, что димеры С.АЬсИ и С.Езр13961 связываются с соответствующими «С-боксами» кооперативно; димеры С.ЕсоЯУ связываются с «С-боксом» ЕсоЕУ некооперативно;

3. С-белки СРМ ЛксК, ЕсоКV, Еьр1396\ являются позитивными регуляторами транскрипции с промоторов РаксИСЯ, Ре$р13961СЯ и РесоЯУСЯ.

4. Белок С.АЬсИ при высокой концентрации является негативным регулятором транскрипции с промотора РаксИСЯ.

5. С-белки Лксй и ЕсоКЧ не изменяют транскрипционную активность промоторов соответствующих генов МТ. С.Ебр 13961 является негативным регулятором транскрипции с промотора гена МТ Ейр13961.

6. Транскрипция с промотора РаксИМБ регулируется путем ковалентной модификации сайта АЬс11, перекрывающегося с -10 областью этого промотора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предполагаемые схемы регуляции СРМ Ahdl, Espl396l, EcoKV.

Во всех трех исследуемых системах обнаруженные промоторы генов МТ являются очень сильными, благодаря чему при попадании в новую клетку - хозяина, сначала появляется активность ДНК-МТ, для предотвращения ауторестрикции. Временная задержка появления ЭР может достигаться за счет нескольких механизмов. Базальный уровень транскрипции с промотора генов С-белка и ЭР низкий, кроме того, константа димеризации мономеров С-белка относительно высокая (в случае Ahdl - 2.5 uM (Streeter, 2004). Так как для связывания с ДНК (и, следовательно, активации транскрипции гена ЭР) необходима димерная форма С-белка, низкая эффективность образования димеров вносит дополнительный вклад в отсрочку синтеза ЭР. У СРМ Ahdl и EcoKV точка начала транскрипции гена С-белка совпадает с точкой начала трансляции С-белка. Эффективность трансляции таких безлидерных мРНК невысока (Moll, 2005) и, следовательно, требуется дополнительное время для накопления количеств С-белка, достаточных для образования димеров. И, наконец, еще одним механизмом, который ограничивает преждевременную трансляцию гена ЭР с двухцистронной мРНК генов С-белка и ЭР, является сопряженная трансляция обоих генов. Частичное перекрывание генов С-белка и ЭР приводит к тому, что трансляция ЭР может начаться только после того, как будет транслирован ген С-белка. Накопление димерных форм регуляторных белков в клетке ведет к их связыванию с дистальными участками «С-боксов» и активации транскрипции с промоторов генов С/ЭР. Связывание с проксимальными сайтами второй

70 молекулы димера создает стерическую помеху для посадки а субъединицы РНКП и формировании открытого комплекса.

Для предотвращения чрезмерного уровня ДНК-метилтрансферазы, способного допустить метелирование чужеродной ДНК, экспрессия генов МТ регулируется либо за счет действия регуляторных С-белков (Espl396l, EcoRV), либо за счет альтернативных механизмов (Ahdi).

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Богданова, Екатерина Сергеевна, 2009 год

1. Кравец, А.Н., Солонин, А.С., Захарова, М.В., Тарутина, З.Е. Плазмидная локализация и клонирование генов системы рестрикции-модификации из штамма Citrobacter freundii 4111. (1992). Мол.Ген.Микробиол.Вирусол. №7-8, стр.4-7.

2. Нагорных М.О., Богданова Е.С., Проценко А.С., Захарова М.В., Солонин А.С., Северинов К.В. (2008) Регуляция экспрессии генов систем рестрикции — модификации второго типа. Генетика. Т.44, № 2, с. 1-10.

3. Соловьев В.В. (1988) Генетические сигналы. I. Структура и функции регуляторных последовательностей в геномах прокариот. ИЦиГ СО АН СССР, Новосибирск, 80 с.

4. Alvarez M.A., Chater K.F., Rodicio M.R. (1993) Complex transcription of an operon encoding the Sali restriction-modification system of Streptomyces albus G. Mol. Microbiol. V. 8. P.243-252.

5. Anton,B.P., Heiter,D.F., Benner,J.S., Hess,E.J., Greenough,L., Moran,L.S., Slatko,B.E. and Brooks,J.E. (1997) Cloning and characterization of the BglII restriction-modification system reveals a possible evolutionary footprint. Gene, 187, P. 19-27.

6. Arber W. (2003) Elements for a theory of molecular evolution. Gene, 317, P.3-11.

7. Arber W., and Dussoix D. (1962) Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. I. Host controlled modification of bacteriophage lambda. J. Mol. Biol. V.5, P.18-36.

8. Barcus V.A. and Murray N.E. (1995) Barriers to recombination: restriction, in Population Genetics of Bacteria Cambridge University Press, Cambridge, P.31-58.

9. Ваше K.A., Bown J.A., Busby S.J., Minchin S.D. (1997) Region 2.5 of the Escherichia coli RNA polymerase a70 subunit is responsible for the recognition of the 'extended 10' motif at promoters. EMBOJ., V. 16, P. 4034-4040.

10. Bart,A., Dankert,J. and van der Ende,A. (1999) Operator sequences for the regulatory proteins of restriction modification systems. Mol. Microbiol., 31, 1277-1278.

11. Beletskaya I. V., Zakharova M. V., Shlyapnikov M. G., Semenova L. M., and Solonin A. S. (2000) DNA methylation at the CfrBI site is involved in expression control in the CfrBI restriction-modification system. Nucleic Acids Res., V.28. P. 3817-3822.

12. Bertani G., and Weigle J. J. (1953) Host controlled variation in bacterial viruses. J. Bacteriol. V. 65. P. 113-121.

13. Bickle T.A. and Kruger D.H. (1993) Biology of DNA restriction. Microbiol Rev. V. 57. P. 434-450.

14. Blumenthal, R.M. and Cheng, X. Restriction-modification systems, in Modern Microbial Genetics, eds. Yasbin, R. & Streips, U. Wiley-Liss, New York, 2002. P. 177226.

15. Brennan R.G., Roderick S.L., Takeda Y. and Matthews B.W.(1990) Protein-DNA conformational changes in the crystal structure of a lambda Cro-operator complex. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V. 87. P. 8165-8169.

16. Burbank, D.E., S.L. Shields, A.M. Schuster, and J.L. Van Etten. (1990). 5-Azacytidine resistant mutants of chlorella virus IL-3A. Virology 176, 311-315.

17. Bushman, F.D., Shang, C., and Ptashne, M. (1989). A single glutamic acid residue plays a key role in the transcriptional activation function of lambda repressor. Cell 58, 1163-1171.

18. Butler D., and Fitzgerald G. F. (2001) Transcriptional analysis and regulation of expression of the ScrFI restriction-modification system of Lactococcus lactis subsp. cremoris UC503. J. Bacteriol. V. 183. P. 4668^1673.

19. Cesnaviciene,E., Mitkaite,G., Stankevicius,K., Janulaitis,A. and Lubys,A. (2003) Esp 13961 restriction-modification system structural organization and mode of regulation. Nucleic Acids Res.,743-749.

20. Christensen L. L., and Josephsen J. (2004) The methyltransferase from the LlaDII restriction-modification system influences the level of expression of its own gene. J. Bacteriol. V. 186. P. 287-295.

21. Dawkins R. (1989). The Selfish Gene. Oxford University Press, Oxford.

22. Dodd, I.B, Shearwin, K.E. and Sneppen, K. (2007) Modelling Transcriptional Interference and DNA Looping in Gene Regulation. J. Mol. Biol., 369, P. 1200-1213.

23. Dryden,D., Cooper,L., Thorpe,P. and Byron O. (1997) The in Vitro Assembly of the EcoKl Type I DNA Restriction/Modification Enzyme and Its in Vivo Implications. Biochemistry, 36 (5), 1065 -1076.

24. Dussoix D., and W. Arber. (1962) Host specificity of DNA produced by Eschenichia coli. II. Control over acceptance of DNA from infecting phage lambda. J. Mol. Biol. 5, 37-49.

25. Engelberg-Kulka H. and Glaser G.(1999) Addiction modules and programmed cell death and antideath in bacterial cultures. Annu. Rev. Microbiol. V. 53. P. 43-70.

26. Fitzgerald,L., Graves,M., Li,X., Feldblyum,T., Nierman,W. and Etten,J. (2007) Sequence and annotation of the 369-kb NY-2A and 345-kb AR158 viruses that infect Chlorella NC64A. Virology, 358(2): 472-484.

27. Fox,K., Dowideit,S., Erwin,A., Srikhanta,Y., Smith,A. and Jennings,M. (2007) Haemophilus influenzae phasevarions have evolved from type III DNA restriction systems into epigenetic regulators of gene expression. Nucleic Acids Res., 35: 5242 -5252.

28. Gaal T., Ross W., Estrem S.T., Nguyen L.N., Burgess R.R., Gourse R.L. (2001) Promoter recognition and discrimination by Eas RNA polymerase. Mol. Microbiol., V. 42, P. 939-954.

29. Gottesman S. (1999) Regulation by proteolysis: Developmental switches. Curr. Opin in Microbiol. Vol. 2, 142-147.

30. Guthrie EP, Quinton-Jager T, Moran LS, Slatko BE, Kucera RB, Benner JS, Wilson GG, Brooks JE. (1996) Cloning, expression and sequence analysis of the SphI restriction-modification system. Gene. 180(1-2):107-12.

31. Handa N., Ichige A., Kusano K. and Kobayashi 1.(2000) Cellular responses to postsegregational killing by restriction-modification genes. J. Bacteriol. V. 182. P. 22182229.

32. Handa, N. and Kobayashi,I. (2005) Type III Restriction Is Alleviated by Bacteriophage (RecE) Homologous Recombination Function but Enhanced by Bacterial (RecBCD) Function. J. Bacteriol. 187, 7362-7373.

33. Heidmann,S., Seifert,W., Kessler,C. and Domdey,H. (1989) Cloning, characterization and heterologous expression of the Smal restriction-modification system. Nucleic Acids Res., 17, 9783-9796.

34. Hendrix, R. W., M. C. M. Smith, R. N. Burns, M. E. Ford, and G. F. Hatfull. (1999) Evolutionary relationships among diverse bacteriophages and prophages: all the world's a phage. Proc. Nad. Acad. Sci. USA 96:2192-2197.

35. Ives,C.L., Nathan,P.D. and Brooks,J.E. (1992) Regulation of the BamHI restriction-modification system by a small intergenic open reading frame, bamHIC, in both Escherichia coli and Bacillus subtilis. J. Bacteriol., 174, 7194-7201.

36. Ives C.L., Sohail A., Brooks J.E. (1995) The regulatory C Proteins from different restriction-modification systems can cross-complement. J. Bacteriol. 1995. p.6313-6315.

37. Janscak P, Dryden DT, Firman K.(1998) Analysis of the subunit assembly of the type IC restriction-modification enzyme EcoR124I. Nucleic Acids Res. 26(19), P.4439-4445.

38. Janulaitis,A., Petrusyte,M., Maneliene,Z., Klimasauskas,S. and Butkus,V. (1992) Purification and properties of the Eco57I restriction endonuclease and methylase -prototypes of a new class (type IV). Nucleic Acids Res., 20, 6043-6049.

39. Jeltsch, A. (2003) Maintenance of species identity and controlling speciation of bacteria: a new function for restriction/modification systems? Gene, 317, 13-16.

40. Jeltsch,A. and Pingoud,A. (1996) Horizontal gene transfer contributes to the wide distribution and evolution of type II restriction-modification systems. J. Mol. Evol., 42, 91-96.

41. Jordan S.R. and Pabo C.O. (1988) Structure of the lambda complex at 2.5 A resolution: details of the repressor-operator interactions. Science V. 242. P. 893-899.

42. Kelly T.J. Jr., Smith H.O. (1970). A restriction enzyme from Hemophilus influenzae II. J Mol Biol. 51(2), P.393-409.

43. Khosaka T., Kiwaki M., Rak B. Two site-specific endonucleases BinSl and BinSll from Bifidobacterium infantis. // FEBS Lett. 1983. V. 163. P. 170-174.

44. Kiss A.G., Posfai C.C., Keller C.C., Venetianer P., Roberts R.J. (1985) Nucleotide sequence of the i&«RI restriction-modification system. Nucleic Acids Res, V. 13. P. 6403-6420.

45. Kita K., Kotani H., Sugisaki H., and Takanami M. The Fokl restriction-modification system. I. (1989) Organization and nucleotide sequences of the restriction and modification genes. J. Biol. Chem. V. 264. P. 5751-5756.

46. Kita, K., J. Tsuda, T. Kato, K. Okamoto, H. Yanase, and M. Tanaka. (1999). Evidence of horizontal transfer of the EcoO 1091 restriction-modification gene to Escherichia coli chromosomal DNA. J. Bacteriol., 181, P.6822-6827.

47. Kita,K., Tsuda,J. and Nakai,S.Y. (2002) C.Eco0109I, a regulatory protein for production of EcoO 1091 restriction endonuclease, specifically binds to and bends DNA upstream of its translational start site. Nucleic Acids Res., 30, 3558-3565.

48. Kobayashi,I. (2001) Behavior of restriction-modification systems as selfish mobile elements and their impact on genome evolution. Nucleic Acids Res., 29, 37423756.

49. Kobayashi I. (2004) Restriction-Modification Systems as Minimal Forms of Life. In Restriction Endonucleases, Nucleic Acids and Molecular Biology, Vol. 14, ed Alfred Pingoud. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

50. Korona, R. and Levin, B.R. (1993) Phage-mediated selection and the evolution and maintenance of restriction-modification. Evolution, 47, 556-575.

51. Kosykh V.G., Buryanov Ya.I., Bayev A.A. (1980) Molecular cloning of .EcoRII endonuclease and methylase. Mol. Gen. Genet., V. 178. P. 717-718.

52. Kraev AS, Kravets AN, Chernov BK, Skriabin KG, Baev AA. (1985) A system of EcoRV restriction-modification: genes, enzymes and synthetic substrates. Mol Biol (Mosk). 19(l):278-84.

53. Kroger M., Hobom G., Schutte H., Mayer H. (1984) Eight new restriction endonucleases from Herpetosiphon giganteus divergent evolution in a family of enzymes. Nucleic Acids Res. 1984. V. 12. P. 3127-3141.

54. Knowle,D., Lintner,R.E., Tourna,Y.M., and Blumenthal,R.M. (2005) Nature of the promoter activated by C.PvuII, an unusual regulatory protein conserved among restriction-modification systems. J. Bacteriol., 187, 488-497.

55. Kulakauskas S, Lubys A, Ehrlich SD (1995) DNA restriction-modification systems mediate plasmid maintenance. J Bacteriol 177:3451—3454.

56. Lacks S.A., Mannarelli B.M., Springhorn S.S., Greenberg B. (1986) Genetic basis of the complementary DpnI and Dpnll restriction systems of S. pneumoniae: An intercellular cassete mechanism. Cell. V. 46. P. 993-1000.

57. Lagunavicius,A., Sasnauskas,G., Halford,S. and Siksnys,V. (2003) The Metal-independent Type lis Restriction Enzyme Bfil is a Dimer that Binds Two DNA Sites but has Only One Catalytic Centre. J. Mol. Biol. 326, 1051-1064.

58. Laursen,B.S., Sorensen,H.P., Mortensen,K.K. and Sperling-Petersen,H.U. (2005) Initiation of Protein Synthesis in Bacteria. Microbiol. Mol. Biol. Rew., 69, 101-123.

59. Lepikhov K, Tchernov A, Zheleznaja L, Matvienko N, Walter J, Trautner TA. (2001) Characterization of the type IV restriction modification system BspLUllIII from Bacillus sp. LUI 1. Nucleic Acids Res., 29(22), P.4691-4698.

60. Li, M., McClure W.R. and Susskind,M (1997) Changing the mechanism of transcriptional activation by phage À repressor Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 94, pp. 3691-3696.

61. Linn, S. And Arber, S. (1968) A restriction enzyme from Hemophilus influenzae. I. Purification and general properties. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V 59, 1300.

62. Liu,Y., Ichige,A., Kobayashi,I. (2007) Regulation of the EcoRI restriction-modification system: Identification of ecoRIM gene promoters and their upstream negative regulators in the ecoRIR gene. Gene, 400(1-2), p. 140-149.

63. Liu Y, Kobayashi I. (2007) Negative regulation of the EcoRI restriction enzyme gene is associated with intragenic reverse promoters. J Bacteriol. 189 (19), P.6928-6935.

64. Lubys A., and Janulaitis A. (1995) Cloning and analysis of the plasmid-borne genes encoding the Bsp6I restriction and modification enzymes. Gene, V. 157. P. 25-29.

65. Lubys,A., Jurenaite,S. and Janulaitis,A. (1999) Structural organization of the plasmid-borne restriction-modification system type II Kpn2l from Klebsiella Pneumoniae RLF2. Nucleic Acids Res., 27,4228-4234.

66. Lubys A., Menkevicius S., Timinskas A., Butkus V. and Janulaitis A. (1994) Cloning and analysis of translational control for genes encoding the Cfr9I restriction-modification system. Gene, V. 141. P. 85-89.

67. Lurlia S. E., and Human M. L. (1952) A nonhereditaxy, host-induced variation of bacterial viruses. J. Bacteriol., V. 64. P. 557-569.

68. Madsen A, Josephsen J.(1998) Cloning and characterization of the lactococcal plasmid-encoded type II restriction/modification system, LlaDII. Appl Environ Microbiol. 64(7), P.2424-2431.

69. Makovets, S., Doronina, V. A. & Murray, N. E. (1999). Regulation of endonuclease activity by proteolysis prevents breakage of unmodified bacterial chromosomes by type I restriction enzymes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 9757-9762.

70. Makovets,S., Titheradge,A. and Murray N. (1998) ClpX and ClpP are essential for the efficient acquisition of genes specifying type IA and IB restriction system. Mol. Microbiol 28 (1), P.25-35.

71. Makula R.A., Meagher R.B. (1980) A new restriction endonuclease from the anaerobic bacterium, Desulfovibrio, desulfuricans, Norveay. Nucleic Acids Res., V. 8. P. 3125-3131.

72. Marks,P., McGeehan,J. and Kneale, G. (2004) A novel strategy for expression and purification of the DNA methyltransferase, M.Ahdl. Prot. Exprès. Purif., 37, 236-242.

73. Marshall,J. Gowers,D and Halford,S. (2007) Restriction endonucleases that bridge and excise two recognition sites from DNA. J. Mol. Biol, 367(2), P.419-431.

74. Matvienko,N., Kramarov,V., Ivanov,L. Matvienko,N. (1992) Bse83I, a restriction endonuclease frome Bacillus cereus 83, which recognizes novel nonpalindromic sequence 5'-CTTGAG-3' and is stimulated by S-adenosylmethionine. Nucleic Acids Res. 20. P.1803.

75. McConnell D.J., Searcy D.G., Sutcliffe J.G. (1978) A restriction enzyme Thai from the thermophilic mycoplasma Thermoplasma acidophilum. Nucleic Acids Res., V. 5. P. 1729-1739.

76. McGeehan,J.E., Streeter,S.D., Papapanagiotou,!, Fox,G.C. and Kneale,G.G. (2005) High-resolution crystal structure of the restriction-modification controller protein C.Ahdl from Aeromonas hydrophila. J. Mol. Biol, 346, 689-701.

77. McGeehan,J.E., Papapanagiotou,I., Streeter,S.D. and Kneale,G.G. (2006) Cooperative binding of the C.Ahdl controller protein to the C/R promoter and its role in endonuclease gene expression. J. Mol. Biol., 358, 523-531.

78. McGeehan,J.E., Streeter,S.D. Thresh, S.J., Ball,.N. Ravelli, R. and Kneale,G.G. (2008) Structural analysis of the genetic switch that regulates the expression of restriction-modification genes. Nucleic Acids Res., V 36, 14, P.4778-4787.

79. Metzger,W. and Heumann,H. (1994) Footprinting with Exonuclease III. In Kneale,G.G (ed.), DNA-Protein Interactions: Principles and Protocols. Methods in Molecular Biology. Humana Press Inc., Totowa, NJ, Vol. 30, pp. 11-20.

80. Meselson, M. And Yuan, R. (1968) DNA restriction enzyme from E. coli. Nature 217, 1110.

81. Miller,J.H. (1972) Experiments in Molecular Genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.

82. Modrich P. (1982). Studies on sequence recognition by type II restriction and modification enzymes. CRC Crit Rev Biochem., 13(3), P.287-323.

83. Moll I., Grill S., Gualerzi C. O., and Blasi U. (2002) Leaderless mRNAs in bacteria: surprises in ribosomal recruitment and translational control. Mol. Microbiol. V. 43. P. 239-246.

84. Morgan,R.,. Bhatia,T., Lovasco,L., and Davis,T. (2008) Mmel: a minimal Type II restriction-modification system that only modifies one DNA strand for host protection. Nucleic Acids Res., 36(20), P.6558-6570.

85. Mruk,I. and Blumenthal.R. (2008) Real-time kinetics of restriction-modification gene expression after entry into a new host cell. Nucleic Acids Res. 36(8), P.2581-2593.

86. Mruk,I., and Blumenthal, R.M. (2009) Tuning the relative affinities for activating and repressing operators of a temporally regulated restriction-modification system. Nucleic Acids Res., P. 1-16, Advance Access published January 6.

87. Mruk,I., Rajesh.P. and Blumenthal.R. (2007) Regulatory circuit based on autogenous activation-repression: roles of C-boxes and spacer sequences in control of the PvuII restriction-modification system. Nucleic Acids Res., 35(20), P.6935-6952.

88. Murray, N. (2000) Type I Restriction systems: Sophisticated Molecular Machines (a Legacy of Bertram and Weigle). Microbiol. Mol. Rew., 64, 412-434.

89. Murray, N. (2002) Immigration control of DNA in bacteria: self versus non-self. Microbiol, 148, 3-20.

90. Naito T., Kusano K. and Kobayashi I. (1995) Selfish behavior of restriction-modification systems. Science, V. 267. P. 897-899.

91. Nakayama,Y. and Kobayashi,I. (1998) Restriction-modification gene complexes as selfish gene entities: roles of a regulatory system in their establishment, maintenance, and apoptotic mutual exclusion. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 95, 6442-6447.f

92. O'Connor C.D., Humphreys G.O. (1992) Expression of the Eco RI restriction-modification system and the construction of positive-selection cloning vectors. Gene, V. 20. P. 219-229.

93. O'Driscoll J., Fitzgerald G.F., van Sinderen D. (2005) A dichotomous epigenetic mechanism governs expression of the LlaJI restriction/modification system. Mol. Microbiol., V. 57. P. 1532-1544.

94. O'Driscoll J., Glynn F., Cahalane O., O'Connell-Motherway M., Fitzgerald G.F., and Van Sinderen D. (2004) Lactococcal plasmid pNP40 encodes a novel, temperature-sensitive restriction-modification system. Appl. Environ. Microbiol., V. 70. P. 55465556.

95. Ohshima, H., S. Matsuoka, K. Asai, and Y. Sadaie. (2002). Molecular organization of intrinsic restriction and modification genes BsuM of Bacillus subtilis Marburg. J. Bacteriol. 184:381-389.

96. Papapanagiotou, S. D. Streeter, P. D. Cary and G. G. Kneale. (2007) DNA structural deformations in the interaction of the controller protein C.Ahdl with its operator sequence. Nucleic Acids Research, 35(8), P.2643-2650.

97. Patterson N.IL, Pauling C. (1985) Evidence for two restriction-modification systems in Halobacterium cutirubrum. J. Bacteriology., V. 163. P. 783-784.

98. Petrusyte M., Bitinaite J., Menkevicius S., Klimasauskas S., Butkus V., Janulaitis A. (1988) Restriction endonucleases of a new type. Gene, V.74., P. 89-91.

99. Pertzev A.V, Ruban N.M., Zakharova M.V., Beletzkaja I.V., Petrov S.I., Kravetz A.N., Solonin A.S. (1992) £co29kI, a novel plasmid encoded restriction endonuclease from Escherichia coll Nucl. Acids Res., V. 20. P. 1991-1996.

100. Piekarowicz A, Golaszewska M, Sunday AO, Siwinska M, Stein DC. (1999) The HaelV restriction modification system of Haemophilus aegyptius is encoded by a single polypeptide. J Mol Biol., 12;293(5): 1055-65.

101. Pingoud A. M. (2004) Restriction endonucleases. In Nucleic Acids and Molecular Biology ed. Hans Joachim Gross., V. 14. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg.

102. Posfai J., Bhagwat A.S., Posfai G. and Roberts R.J. (1989) Predictive motifs derived from cytosine methyltransferases. Nucleic Acids Res., V. 17. P. 2421-2435.

103. Prakash-Cheng A, Ryu J. (1993) Delayed expression of in vivo restriction activity following conjugal transfer of Escherichia coli hsdK (restriction-modification) genes. J Bacteriol., 175(15), P. 4905-4906.

104. Prangishvili D.A., Vashakidze R.P., Chelidze M.G., Gabriadze I.Yu. (1985) A restriction endonuclease Sual from the thermoacidophilic archaebacterium Sulfolobus acidocaldarius. FEBS Letters Res., V. 192. P. 57-60.

105. Price C. and Bickle T.A. (1986) A possible role for DNA restriction in bacterial evolution. Microbiol. Sci. V. 3. P. 296-299.

106. Ptashne, M. (2005) Regulation of transcription: from lambda to eukaryotes. Trends Biochem. Sci., 30, 275-279.

107. Raghavendra,N. and Rao,R. (2004) Unidirectional translocation from recognition site and a necessary interaction with DNA end for cleavage by Type III restriction enzyme. Nucleic Acids Res, Vol. 32, No. 19 5703-5711.

108. Redaschi, N. and Bickle, T. (1996) Posttranscriptional regulation of EcoPlI and EcoP15I restriction activity. J. Mol. Biol., 257, 790-803.

109. Rimseliene R, Vaisvila R, Janulaitis A. (1995) The eco72IC gene specifies a trans-acting factor which influences expression of both DNA methyltransferase and endonuclease from the Eco72I restriction-modification system. Gene, 157(1-2), P.217-219.

110. Roberts R, Belfort M., Bestor T, et al. (2003) A nomenclature for restriction enzymes, DNA methyltransferases, homing endonucleases and their genes. Nucleic Acids Res., 31, 1805-1812.

111. Roberts, RJ. and Halford, S.E. (1993) In Nucleases, Second Edition Linn, S.M., Lloyd, S.R. and Roberts, R.J., eds., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 35.

112. Roberts R.J., Vincze T., Posfai J. and Macelis D. (2005) REBASE restriction enzymes and DNA methyltransferases. Nucleic Acids Res., V. 33. P. 230-232.

113. Roberts R.J., Vincze T., Posfai J. and Macelis D. (2007) REBASE—enzymes and genes for DNA restriction and modification. Nucleic Acids Res., V. 35. P. 269-270.

114. Rocha,E., Blanchard,A. (2002) Genomic repeats, genome plasticity and the dynamics of Mycoplasma evolution. Nucleic Acids Res., Vol. 30, 2031-2042.

115. Rodicio M. R., Chater,K. (1988) The Sail (SalGT) restriction-modification system of Streptomyces albus G*. Gene, V. 74. P. 39-42.

116. Rimseliene,R., Vaisvila,R. and Janulaitis,A. (1995) The eco72IC gene specifies a trans-acting factor which influences expression of both DNA methyltransferase and endonuclease from the Eco72I restriction-modification system. Gene, 157, 217-219.

117. SambrookJ., Fritsch,E.F. and Maniatis,T. (1989) Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd edn. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.

118. Sawaya M.R., Zhu Z., Mersha F. Chan, S., Dabur, R., Shuang-yong Xu, S and K. BalendiranG.K. (2005) Crystal structure of the restriction-modification system control element C.Bcll and mapping of its binding site. Structure. V. 13. P. 1837-1847.

119. Schell J., Glover S.(1966) The effect of various physiological conditions on host-controlled restriction in Escherichia coli K(P1). Genet. Res. V2. P. 273-276.

120. Schmid K., Thomm M., Laminet A., Laue F., Kessler C., Stetter K.O., Schmitt R. (1984) Three new restriction endonucleases Mae I, Mae II and Maelll from Methanococcus aeolicus. Nucl. Acids Res., V. 12 P. 2619-2628.

121. Sears,A., Peakman,L.J., Wilson,G.G. and Szczelkun, M.D. (2005) ) Characterization of the Type III restriction endonuclease Pstll from Providencia stuartii.

122. Nucleic Acids Research, Vol. 33, P. 4775-4787.

123. Semenova,E., Minakhin,L., Bogdanova,E., Nagornykh,M., Vasilov,A., Heyduk,T., Solonin,A., Zakharova,M. and Severinov,K. (2005) Transcription regulation of the EcoRV restriction-modification system. Nucleic Acids Res., 33, 6942-6951.

124. Shea M.A., and Ackers G.K. (1985) The OR control system of bacteriophage lambda. A physical-chemical model for gene regulation. J. Mol. Biol., 181, 211-230.

125. Shilov I., Tashlitsky V., Khodoun M., Vasil'ev S., Alekseev Y., Kuzubov A., Kubareva E., Karyagina A. (1998) DNA-methyltransferase SsoII interaction with own promoter region binding site. Nucleic Acids Res. V. 26. P. 2659-64.

126. Smith H.O., Wilcox K.W. (1970). A restriction enzyme from Hemophilus influenzae I. Purification and general properties. J Mol Biol., 51(2), P.379-91.

127. Sneppen,K., Dodd,I.B., Shearwin, K.E., Palmer, A.C., Schubert, R.A., Callen, B.P. and Egan, J.B. (2005) A Mathematical Model for Transcriptional Interference by RNA Polymerase Traffic in Escherichia coli. J. Mol. Biol., 346, P. 399-409.

128. Som S, Bhagwat AS, Friedman S. (1987) Nucleotide sequence and expression of the gene encoding the EcoRII modification enzyme. Nucleic Acids Res., 15(1), P.313-332.

129. Som S., and Friedman S. (1997) Characterization of the intergenic region which regulates the Mspl restriction-modification system. J. Bacteriol., V. 179. P. 964—967.

130. Som S., and Friedman S. (1994) Regulation of EcoRII methyltransferase: effect of mutations on gene expression and in vitro binding to the promoter region. Nucleic Acids Res., V. 22. P.5347-5353.

131. Soper B.W., Hollister W.R., Reddy K.J. (1996) Characterization of additional host restriction-modification systems in the unicellular cyanobacterium Cyanothece sp. Biochem. Biophys. Res. Commun., V. 223. P. 24-30.

132. Sorokin,V., Severinov.,K and Gelfand, M. (2008) Systematic prediction of control proteins and their DNA binding sites. Nucleic Acids Res. 1-11.

133. Streeter,S.D., Papapanagiotou,I., McGeehan,J.E. and Kneale,G.G. (2004) DNA footprinting and biophysical characterization of the controller protein C.Ahdl suggests the basis of a genetic switch. Nucleic Acids Res., 32, 6445-6453.

134. Studier, F. W., and P. K. Bandyopadhyay. (1988). Model for how type I restriction enzymes select cleavage sites in DNA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:4677— 4681.

135. Suzuki M., Brenner S.E., Gerstein M. and Yagi N. (1995) DNA recognition code of transcription factors. Protein Eng., V.8. P. 319-328.

136. Suzuki M. and Yagi N. (1994) DNA recognition code of transcription factors in the helix-turn-helix, probe helix, hormone receptor, and zinc finger families. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, V. 91. P.12357-12361.

137. Tamulaitiene,G., Grazulis,S., Janulaitis,A., Janowski,R., Bujacz,G., Jaskolski,M. (2004) Crystallization and preliminary crystallographic studies of a bifunctional restriction endonuclease Eco57I. Bioch. Bioph. Acta, 1698(2), 251- 254.

138. Tao T., Bourne J.C. and Blumenthal R.M. (1991) A family of regulatory genes associated with type II restriction-modification systems. J. Bacteriol., V. 173. P. 13671375.

139. Tao T. and Blumenthal R.M. (1992) Sequence and characterization of pvuIIR, the PvuII endonuclease gene, and of pvuIIC, its regulatory gene. J. Bacteriol., V. 174. P. 3395-3398.

140. Tucholski, J., Zmijewski, J. W. & Podhajska, A. J. (1998). Two intertwined methylation activities of the Mmel restriction-modification class-IIS system from Methylophilus methylotrophus. Gene, 223, 293-302.

141. Vesely Z., Muller A., Schmitz G.G., Kaluza K., Jarsch M., Kessler C. (1990) i?/eAI: a novel class-IIS restriction endonuclease from Rhizobium leguminosarum recognizing 5'-CCCACA(N)i2-3* and 3'-GGGTGT(N)9-5'. Gene., V. 95. P. 129-113.

142. Vijesurier R. M., Carlock L., Blumenthal R. M., and Dunbar J. C. (2000) Role and mechanism of action of C. PvuII, a regulatory protein conserved among restriction-modification systems. J. Bacteriol. V. 182. P. 477-487.

143. Vincze R.J., Posfai J. and Macelis D. (2005) REBASE restriction enzymes and DNA methyltransferases. Nucleic Acids Res., V. 33. P. 230-232.

144. Voelker L.L., Dybvig K. (1996) Gene transfer in Mycoplasma arthritidis: Transformation, conjugal transfer of Tn916, and evidence for a restriction system recognizing AGCT. J. Bacteriol., V. 178. P. 6078-6081.

145. Watson R., Zuker M., Martin S.M., Visentin L.P. (1980) A new site-specific endonuclease from Neisseria cinerea. FEBS Letters Res., V. 118. P. 47.

146. Whitehead P.R., Brown N.L. (1985) A simple and rapid method for screening bacteria for II restriction endonucleases: enzymes in Aphonothece halophytica. Arch. Microbiol. V. 141. P. 70-74.

147. Wilson G.G. (1991) Organization of restriction-modification systems. Nucleic Acids Res. V. 19. P. 2539-2565.

148. Xia YN, Burbank DE, Uher L, Rabussay D, Van Etten JL.(1987) IL-3A virus infection of a Chlorella-like green alga induces a DNA restriction endonuclease with novel sequence specificity. Nucleic Acids Res., 15(15):6075-90.

149. Xia Y., Burbank D.E., Van Etten J.L. Restriction endonuclease activity induced by NC-1A virus infection of a Chlorella-like green alga. // Nucleic Acids Res. 1986. V. 14. P.6017T6030.

150. Zakharova M., Minakhin L., Solonin A., and Severinov K. (2004) Regulation of RNA polymerase promoter selectivity by covalent modification of DNA. J. Mol. Biol. V. 335. P. 103-111.

151. Zhang,Y., Nelson,M., Nietfeldt, J W., Burbank, D E. and Van Etten J L. (1992) Characterization of Chlorella virus PBCV-1 CviAII restriction and modification system. Nucleic Acids Res., 20, P.5351-5356.

152. Zheleznaya L.A., Kainov D.E., Yunusova A.K., Matvienko N.I. (2003) Regulatory C protein of the EcoRV modification-restriction system. Biochemistry (Mosc), V. 68. P. 125-132.1. Благодарности

153. Также хотелось бы высказать благодарность Леониду Минахину за поддержку и бесценные советы при освоении методик, Анатолию Василову за моральную поддержку и сопереживание.

154. Отдельно хотелось бы поблагодарить Максима Нагорных за нахождение нужных слов и предметов для поддержания моего душевного спокойствия.