Регуляция экспрессии оперона микроцина C тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.03, кандидат наук Зухер, Инна Сергеевна

• Зухер, Инна Сергеевна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Зухер, Инна Сергеевна

Оглавление

Список сокращений

Введение

Актуальность работы

Цели и задачи

Новизна и научная значимость работы

Личный вклад соискателя

Положения, выносимые на защиту

Степень достоверности и апробация результатов

Обзор литературы

Введение

1. Трансляционная аттенюация (трансляция лидерного пептида)

1.1. trp оперон Е. coli и другие опероны биосинтеза аминокислот энтеробактерий

1.2. ЭкспрессияpyrBlE. coli

2. Регуляция с участием РНК-связывающего белка

2.1. РНК-связывающие белки, стимулирующие терминацию

2.2. РНК-связывающие белки, стимулирующие антитерминацию

3. Т-бокс регуляция у грамположительных бактерий

4. Рибопереключатели

4.1. История открытия

4.2. Разнообразие рибопереключателей

Материалы и методы

Результаты и обсуждение

Введение

1. Регуляция экспрессии генов синтеза МсС

1.1. Транскрипт тссА необходим для продукции микроцина С

1.2. Короткий транскрипт микроцинового оперона тссА чрезвычайно стабилен и связан с рибосомами in vivo

1.3. In vitro анализ терминации транскрипции в межгенном участке тссА-тссВ

2. Трансляционная аттенюация в других тсс оперонах

3. Регуляция экспрессии и роль генов иммунности в синтезе МсС

3.1. Особенности регуляции экспрессии mccF

3.2. Влияние инактивации белков иммунности на скорость роста клеток-продуцентов МсС

3.3. Влияние MccF на продукцию МсС

4. Внутренние промоторы оперона тсс

4.1. Оперон тсс содержит внутренние промоторы

4.2. Картирование потенциальных внутренних промоторов оперона тсс in vivo

4.3. Картирование активных внутренних промоторов оперона тсс in vivo методом полнотранскриптомного секвенирования

4.4. Проверка активности выбранных промоторов in vitro

Заключение

Выводы

Благодарности

Список литературы

список сокращений

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота;

кДНК - комплементарная цепь ДНК;

мРНК - матричная рибонуклеиновая кислота;

нт - нуклеотид;

п.о. - пары оснований;

ПЦР - полимеразная цепная реакция;

РНК - рибонуклеиновая кислота;

РНКП - РНК полимераза;

тРНК - транспортная РНК;

AMP - аденозинмонофосфат;

Asp-RS - аспартил-аминоацил-тРНК-синтетаза;

АТР - аденозинтрифосфат;

сАМР - циклический аденозинмонофосфат;

CAP (catabolite activator protein) - белок-активатор катаболитных оперонов; СТР - цитидинтрифосфат; DEPC - диэтилпирокарбонат;

dRNAseq - дифференциальное секвенирование РНК;

EDTA - этилендиаминтетрауксусная кислота;

Gly - глицин;

GTP - гуанозинтрифосфат;

Lys - лизин;

МсС - микроцин С;

mQ - деионизованная вода;

Phe - фенилаланин;

Pro - пролин;

SD - последовательность Шайна-Дальгарно (сайт связывания рибосомы);

SDS - додецилсульфат натрия;

SPS - персульфат натрия;

TEMED - тетраметилендиамин;

Thr - треонин;

Туг - тирозин;

UTP - уридинтрифосфат.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регуляция экспрессии оперона микроцина C»

Введение

Актуальность работы

Одна из важнейших проблем современного здравоохранения - появление бактерий, устойчивых к антибиотикам. По сообщениям Европейского медицинского агентства, в странах ЕС 25 тысяч человек ежегодно погибают от инфекций, вызванных бактериями с множественной лекарственной устойчивостью [Freire-Moran, 2011]. Благодаря горизонтальному переносу генов детерминанты лекарственной устойчивости распространяются в популяции бактерий очень быстро. Наиболее грозные больничные инфекции вызываются штаммами устойчивых к метициллину Staphylococcus aureus (MRSA) и устойчивых к ванкомицину энтерококков (VRE). Особую опасность такие штаммы представляют для пациентов с ослабленным иммунитетом (после химиотерапии, пересадки костного мозга), а также пожилых людей и новорожденных. На замедление распространения лекарственной устойчивости направлено применение коктейлей из антибиотиков, действующих сразу на несколько клеточных мишеней или связывающихся с разными сайтами одной и той же мишени. Так, применение нескольких антибиотиков одновременно уже прописано в современных протоколах лечения туберкулеза [Oldfleld, 2014]. Однако тщательным соблюдением предписанных протоколов использования антибиотиков можно лишь замедлить процесс развития устойчивости, но нельзя его остановить. В свете вышеизложенного не вызывает сомнений, что медицина остро нуждается в новых антибактериальных веществах. Один из часто применяемых подходов при разработке новых антибактериальных веществ состоит в химической модификации уже применяемых антибиотиков, однако к таким производным быстро вырабатывается устойчивость. К сожалению, в последние годы проходит все меньше времени между внедрением антибиотика в клиническую практику и появлением устойчивости к нему [Brooks, 2014]. Использование новых веществ, неродственных применяемым сейчас в медицине и действующих на новые клеточные мишени могло бы значительно улучшить ситуацию [Nigam, 2014]. Природные сообщества микроорганизмов вырабатывают огромное разнообразие антибиотиков, используемых

для внутри- и межвидовой конкуренции за ресурсы. К таким веществам относятся, например, синтезируемые на рибосомах бактериоцины [Yang, 2014]. По некоторым оценкам, более 99% бактерий синтезируют хотя бы одну разновидность бактерио-цина [Riley, 2002]. Учитывая повсеместное распространение устойчивости к традиционным антибиотикам, чрезвычайно важно получить детальные знания о способе действия, механизмах устойчивости и условиях повышения эффективности синтеза альтернативных, ранее не изученных антибактериальных веществ.

Микроцины представляют собой подкласс бактериоцинов с молекулярной массой <10 кДа. Ингибитор аминоацил-тРНК-синтетазы, модифицированный геп-тапептид микроцин С, вырабатывается клетками Escherichia coli и активен против родственных бактерий в микромолярных концентрациях. Ранее в нашей лаборатории был описан механизм проникновения микроцина С в клетку и его антибактериального действия. Для того, чтобы клетка могла эффективно синтезировать антибиотик, не подвергаясь его токсическому действию, экспрессия генов синтеза и устойчивости к антибиотику должна быть точно скоординирована: зрелый антибиотик не должен появляться в клетке раньше, чем белки устойчивости. Кроме того, гены, кодирующие пептид-предшественник микроцина С и белок, катализирующий первую стадию его созревания, находятся под управлением одного промотора. Можно ожидать, что существуют специальные механизмы, обеспечивающие необходимое соотношение пептидного субстрата и модифицирующего его фермента. Выяснение различных аспектов регуляции соотношения компонентов системы синтеза микроцина С и являлось предметом данной работы.

Цели и задачи

Целью данной работы было выяснение регуляторных механизмов, обеспечивающих необходимые соотношения компонентов системы синтеза микроцина С и устойчивости к нему, а также характеристика их экспрессии на разных стадиях роста культуры клеток-продуцентов Escherichia coli. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить механизм, обеспечивающий необходимое соотношение субстрата (пептида-предшественника МссА) и модифицирующего его фермента (аденилат-трансферазы МссВ) в клетках-продуцентах микроцина С.

2. Выяснить, действует ли подобный регуляторный механизм в гомологичных тсс Е. coli оперонах бактерий, эволюционно не близких Е. coli.

3. Исследовать влияние белков устойчивости к микроцину С на жизнеспособность клеток-продуцентов.

4. Охарактеризовать экспрессию генов тсс на разных стадиях роста культуры клеток-продуцентов.

5. Провести анализ транскриптов кластера генов тсс и определение их 5'-концов методом dRNAseq для исчерпывающего описания экспрессии генов тсс и картирования дополнительных промоторов, управляющих транскрипцией генов тсс.

Новизна и научная значимость работы

Показано, что оперон mccABCDE Е. coli транскрибируется с образованием моно- и полицистронного транскриптов. Короткий моноцистронный транскрипт содержит лишь открытую рамку считывания тссА, кодирующую пептид-предшественник микроцина С. Наличие этого транскрипта необходимо для эффективной продукции антибиотика.

Установлено, что образование короткого моноцистронного транскрипта регулируется уникальным механизмом трансляционной аттенюации, при котором терминация транскрипции происходит только при наличии сопряжения процессов транскрипции и трансляции гена тссА. Определены последовательности в некоди-рующем участке РНК между генами тссА и тссВ, необходимые для осуществления такой аттенюации. Продемонстрировано, что механизм трансляционной аттенюации консервативен для ряда оперонов, гомологичных тсс оперону Е. coli, найденных в геноме филогенетически далеких от Е. coli бактерий.

Продемонстрирована ведущая роль белка MccF Е. coli в защите клеток-продуцентов от внутриклеточного микроцина С на всех стадиях роста клеточной культуры. Изучена транскрипция генов тсс Е. coli на разных стадиях роста клеточ-

ной культуры. Показано, что экспрессия тсс¥ происходит конститутивно, то есть этот транскрипт детектируется на всех стадиях роста клеточной культуры, тогда как оперон тссАВСОЕ начинает экспрессироваться лишь при переходе от экспоненциальной стадии роста к стационарной.

Проведен анализ транскриптов кластера генов тсс и определение их 5'-концов методом сШКАБея. Показано наличие ряда дополнительных внутренних промоторов кластера генов тсс, предположительно вносящих вклад в обеспечение устойчивости клеток к микроцину С на ранних стадиях роста клеточной культуры.

Личный вклад соискателя

Диссертационная работа основана на собственных данных, полученных в период 2008-2014 гг. Автором был самостоятельно выполнен основной объем исследований, проведен анализ данных и подготовлен иллюстративный материал, также автор принимал непосредственное участие в подготовке материалов к публикации в научных журналах. Для проведенных совместно экспериментов имена соавторов указаны в тексте диссертации и соответствующих публикациях. В ходе работы автором проведены эксперименты, направленные на выявление механизмов регуляции экспрессии компонентов системы синтеза и устойчивости к микроцину С. Проведен анализ транскриптов микроцинового оперона и продемонстрировано наличие короткого транскрипта методом Нозерн-блот гибридизации. Автором показано, что короткий транскрипт образуется по впервые описанному механизму трансляционной аттенюации, также показана консервативность механизма трансляционной аттешоации для ряда оперонов в опытах по совмещенной транскрипции-трансляции. Проведен ряд экспериментов по влиянию инактивации белков устойчивости к микроцину С на скорость роста культуры клеток-продуцентов и устойчивость культуры к добавлению микроцина С. Продемонстрировано существование внутренних промоторов в опероне тсс и проведен анализ данных дифференциального секвенирования РНК (dRNAseq), активность найденных промоторов подтверждена в реакциях in vitro транскрипции.

Положения, выносимые на защиту

1. Для продукции микроцина С клетками Е. coli необходимо наличие короткого моноцистронного транскрипта, содержащего лишь открытую рамку считывания тссА.

2. Образование моноцистронного транскрипта регулируется уникальным механизмом трансляционной аттенюации, при котором терминация транскрипции происходит только при ко-транскрипционном связывании рибосомы с насцентной мРНК тссА.

3. Механизм трансляционной аттенюации используется в нескольких гомологичных тсс Е. coli оперонах, закодированных в геномах филогенетически удаленных от Е. coli бактерий.

4. Защита клеток-продуцентов от внутриклеточного микроцина С обусловлена в первую очередь белком MccF.

5. Ген mccF экспрессируется на всех стадиях роста культуры клеток-продуцентов микроцина С, тогда как экспрессия генов синтеза микроцина С начинается в позд-неэкспоненциальной фазе роста.

6. Устойчивость клеток, несущих кластер генов тсс, к внешнему микроцину С может также обеспечиваться активностью ряда дополнительных внутренних промоторов оперона mccABCDE.

Степень достоверности и апробация результатов

Работа выполнена на высоком научном и методологическом уровне, достоверность полученных результатов не вызывает сомнений. Цели, поставленные в работе, достигнуты.

Результаты работы были представлены на трех научных конференциях и опубликованы в двух международных рецензируемых научных журналах.

Публикации

1. Zukher 1., Novikova M., Tikhonov A., Nesterchuk M.V., Osterman I.A., Djordjevic M., Sergiev P.V., Sharma C.M., Severinov K. Ribosome-controlled transcription termination is essential for the production of antibiotic microcin C. // Nucleic Acids Res. -2014. - Vol. 42. - N 19. - P. 11891-11902.

2. Novikova M., Kazakov T., Vondenhoff G.H., Semenova E., Rozenski J., Metlytskaya A., Zukher I., Tikhonov A., Van Aerschot A., Severinov K. MccE provides resistance to protein synthesis inhibitor microcin С by acetylating the processed form of the antibiotic. // J. Biol. Chem. - 2010. - Vol. 285. - N 17. - P. 12662-12669.

Тезисы конференций

1. Zukher I., Novikova M., Tikhonov A., Nesterchuk M.V., Osterman I.A., Djordjevic M., Sergiev P.V., Sharma C.M., Severinov K. Ribosome-controlled transcription termination is essential for production of antibiotic microcin С // Molecular Genetics of Bacteria and Phages Meeting. University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 2014.

2. Zukher I.. Novikova M., Nesterchuk M.V., Tikhonov A., Severinov K. Transcription regulation of the shortest bacterial gene // FASEB Mechanisms and Regulation of Pro-karyotic Transcription Conference. Saxtons River, VT, 2013.

3. Zukher I., Novikova M., Djordjevic M., Severinov K. Transcription regulation of microcin С production // Bacteria, Archaea and Phages Meeting. Cold Spring Harbor Laboratories, NY, 2012.

Обзор литературы

Сравнительная характеристика механизмов аттенюации

транскрипции у бактерий

Введение

Целью настоящего обзора является знакомство читателя с основными известными на сегодняшний день системами регуляции экспрессии генов посредством аттенюации транскрипции.

Бактерии обладают множеством механизмов регуляции процесса экспрессии генов на уровне транскрипции и трансляции, которые позволяют клеткам тонко подстраиваться под изменение условий внешней среды. Под экспрессией гена подразумевают передачу генетической информации, содержащейся в линейной последовательности ДНК гена, в определенное количество генного продукта (РНК или белка), обладающего конкретной функцией. Изменять уровень экспрессии можно, регулируя как активность трансляции уже синтезированного транскрипта (для генов, кодирующих белки), так и количество транскриптов, синтезируемых с определенного гена или группы генов (для генов, кодирующих белки и нетранслируемые РНК). Соответственно, разделяют трансляционный и транскрипционный механизмы контроля экспрессии генов. Почти всегда совместно используются оба механизма, однако транскрипционный контроль, или изменение равновесных концентраций транскриптов, по-видимому, является основным.

Равновесная концентрация транскрипта в клетке определяется скоростями а) синтеза и б) деградации транскрипта. У Escherichia coli транскрипты 80% генов имеют сходные времена полужизни, от трех до восьми минут [Bernstein, 2002]. Несмотря на то, что имеются данные о том, что скорости деградации транскриптов функционально близких генов особенно близки [Bernstein, 2002; Seiinger, 2003], по-видимому, контроль скорости деградации РНК в целом в меньшей степени участвует в контроле уровня экспрессии генов, чем скорость синтеза РНК.

Процесс транскрипции удобно рассматривать в виде цикла, состоящего из инициации, элонгации и терминации. У бактерий инициация транскрипции начинается со связывания холоферментом РНК-полимеразы (комплекса кор-фермента и сигма-субъединицы, см. ниже) последовательности расположенного перед геном промотора и формирования закрытого промоторного комплекса. Затем следует переход из закрытого в открытый комплекс, в котором цепи ДНК в положениях от -10 до +2 (где +1 - точка старта транскрипции) расплетаются с формированием транскрипционного пузырька (Рис. 1), и начинается матричный синтез РНК. Сначала происходит несколько циклов абортивной инициации, или абортивной транскрипции, при которой синтезируются короткие молекулы РНК. Такие абортивные продукты отделяются от фермент-промоторного комплекса и выходят из активного центра РНК-полимеразы (далее РНКП), после чего происходит реинициация синтеза РНК без диссоциации РНКП с промотора. Когда РНКП удается синтезировать достаточно длинный РНК-продукт (от 9 до 16 нуклеотидов в зависимости от промотора), происходит, наконец, «убегание» с промотора (promoter escape). РНКП продвигается дальше по матрице, освобождая промотор и расплетая новые участки ДНК по ходу транскрипции, в то время, как расплавленные пары оснований промотора, «схлопываются» и вновь образуют двуцепочечную ДНК. Сигма-субъединица диссоциирует из транскрипционного комплекса. На этом инициация транскрипции завершается и начинается стадия элонгации. В элонгационном комплексе транскрипционный пузырь имеет размер примерно 14 нт (Рис. 1). 3'-концевая область транскрипта образует РНК/ДНК гибрид с матричной цепью ДНК в транскрипционном пузыре длиной 9 пар нуклеотидов. Ранее синтезированная РНК отделяется от гибрида и выходит наружу через предназначенный для этого канал в РНКП, гибрид образуется уже на следующем участке, наращиваясь З'-концом новосинтезирован-ной РНК. Элонгационные комплексы характеризуется высокой стабильностью: они не диссоциируют ни при понижении температуры, ни при повышении концентрации соли до 1 М и выше.

Транскрипционный пузырь, 12-15 п.о.

8-9 п.о. ~10 п.о.

Рис. 1. Элонгационный комплекс РНКП [Proshkin, 2011]. Изображены транскрипционный пузырь, РНК/ДНК гибрид и нерасплетенные дуплексы ДНК ниже и выше по ходу транскрипции. В активном центре фермента находится ион Mg2+.

Элонгация завершается терминацией транскрипции и отделением РНКП и транскрипта от ДНК-матрицы. Существуют два механизма терминации транскрипции. В случае фактор-независимой терминации триггером терминации служит определенная последовательность РНК. Классический фактор-независимый терминатор представляет собой GC-богатую шпильку, за которой следует участок из нескольких уридиновых остатков. Шпилька начинает формироваться еще в выходном канале РНКП, создавая механическое напряжение, а наличие в транскрипционном пузыре легкоплавкого РНК-ДНК гибрида U*A облегчает «выдергивание» синтезированной РНК из РНКП и завершение транскрипции [Artsimovitch, 1998; Gusarov, 1999]. Для фактор-зависимой терминации необходимо наличие специальной последовательности rut (Rho utilization site) на насцентной РНК, с которой связывается стимулирующий терминацию белковый фактор р [Santangelo, 2011].

Регуляция транскрипции генов возможна на каждой из стадий транскрипционного цикла. Прежде всего, интенсивность транскрипции гена определяется тем, насколько часто холофермент РНКП связывается с промотором и насколько быстро переходит от абортивной инициации к элонгации. Холофермент представляет собой комплекс кор-фермента, осуществляющего матричный синтез РНК, с а фак-

тором, узнающим последовательность промотора [Watson, 2004]. Сила промотора определяется его аффинностью к данному холоферменту, то есть близостью к кон-сенсусной последовательности, узнаваемой данным о-фактором. У Е. coli, самый распространенный а-фактор а70, ответственный за транскрипцию генов домашнего хозяйства, узнает промоторы, образованные двумя шестинуклеотидными последовательностями, районами -10 и -35 (названными так по характерному положению относительно старта транскрипции), разделенными спейсером в 14-17 п.о. Последовательности и расположение районов, узнаваемых альтернативными сигма-факторами, могут значительно отличаться. Инициация транскрипции может дополнительно модулироваться транскрипционными факторами, регуляторными ДНК-связывающими белками, ингибирующими (репрессоры) или стимулирующими (активаторы) связывание холофермента с промотором. Область перед геном, содержащая сайты связывания транскрипционных факторов, называется оператором. Регуляция может происходить как на уровне отдельных промоторов, так и на уровне целых регулонов - наборов генов, имеющих одинаковые регуляторные области в прилегающих к ним промоторных участках. Примером такой множественной регуляции у Е. coli может служить активация генов регулона альтернативного а фактора о при тепловом шоке или регулона CAP (catabolite activator protein, белок-активатор катаболитных оперонов) при голодании по глюкозе, приводящих к сложному физиологическому ответу на стресс, такому как синтез защитных бел-ков-шаперонов [Yura, 1993] в первом случае или использование альтернативных источников углерода [Zheng, 2004] во втором.

Также известны многочисленные случаи регуляции транскрипции на уровне элонгации. Продвижение РНКП по ДНК матрице происходит не с постоянной скоростью, а зависит от нуклеотидной последовательности и способности синтезируемой РНК к образованию вторичных структур. Определенные структуры и последовательности стимулируют паузирование или остановку (арест) транскрипции [Artsimovitch, 2000; Larson, 2014], или же приводят к терминации транскрипции [Artsimovitch, 1998; Santangelo, 20П]. В преодолении различных затруднений при элонгации принимают участие также белковые факторы, которые связываются с РНКП и облегчают преодоление транскрипционных пауз (GreA и GreB, Nus G), стимулируют терминацию транскрипции и освобождение РНКП (NusA, NusG, р)

[РгоБЬкт, 2011]. Предмет настоящего обзора, аттенюацня транскрипции, также является механизмом регуляции экспрессии генов на уровне элонгации, многочисленные примеры подобной регуляции будут подробно рассмотрены ниже.

В широком смысле аттенюация транскрипции - это любой механизм, использующий паузирование или терминацию транскрипции для регуляции экспрессии расположенных ниже по ходу транскрипции генов [СоНшск, 2002]. В более узком смысле аттенюация - это преждевременная терминация транскрипции [ЪГауШе, 2009]. Под «преждевременной» в данном случае подразумевается терминация транскрипция раньше конца последнего гена в опероне.

В общем случае аттенюатор представляет собой регуляторный элемент РНК, расположенный в 5'-нетранслируемой области гена или оперона, способный формировать две альтернативные структуры: антитерминатор и терминатор транскрипции. Также в состав аттенюатора входит сенсорный элемент, способный связываться с регуляторным фактором. Связывание регуляторного фактора с сенсорным элементом приводит предпочтительному образованию одной из альтернативных структур аттенюатора. Сенсорный элемент может быть расположен отдельно или же входить в состав антитерминатора или терминатора.

В зависимости от набора образующих их компонентов, аттенюаторы можно разделить на несколько групп, основные из которых представлены на Рис. 2. Классические аттенюаторы функционируют в составе насцентной РНК и кодируют короткий лидерный пептид, при трансляции которого рибосома блокирует формирование одной из структур аттенюатора, но дает образоваться второй (Рис. 2А). Такой механизм, например, запускает экспрессию оперонов биосинтеза многих аминокислот у грамотрицательных бактерий при нехватке соответствующей аминокислоты. Аттенюация может также происходить посредством специализированных РНК-связывающих белков, которые стабилизируют одну из двух структур насцентной РНК, как изображено на Рис. 2Б и 2В. В отдельную группу выделяют аттенюаторы, в которых в роли РНК-связывающих белков выступают рибосомаль-ные белки (Рис. 2В). В другой группе аттенюаторов одну из альтернативных структур насцентной РНК стабилизирует связывание незаряженной тРНК. Типичным примером являются Т-боксы грамположительных бактерий (Рис. 2Г). Наконец, многие гены содержат в регуляторном участке РНКовые сенсоры, или рибоперек-

лючатели (Рис. 2Д), которые способны изменять конформацию в ответ на связывание низкомолекулярных метаболитов или при изменении физико-химических условий (температуры, рН и т.д.). Целью настоящего обзора является сравнительная характеристика известных на сегодня молекулярных механизмов аттенюации.

(3

•—•«чыЛ--

сг ^ I л_

в

д

Рис. 2. Аттенюация: варианты стабилизации альтернативных структур (по [ЫауШе, 2009])

A. Рибосомой

Б. Специфическим РНК связывающим терминаторным или антитерминаторным белком

B. Рибосомным белком Г. Незаряженной тРНК

Д. Низкомолекулярным лигандом, который связывается с РНК-сенсором - рибопереключателем

1. Трансляционная аттенюация (трансляция лидерного пептида)

1.1. trp оперон Е. coli и другие опероны биосинтеза аминокислот энтеробак-терий

Понятие аттенгоации было впервые введено Чарльзом Яновским для описания механизма регуляции триптофанового оперона Е. coli [Yanofsky, 1981; Kolter, 1982], и мы начнем рассмотрение аттенюаторов именно с этой классической системы.

Оперон trpEDCBA Е. coli кодирует ферменты биосинтеза триптофана. Этот биосинтетический путь является весьма энергозатратным для клетки, и используется только в случае нехватки триптофана в среде [Merino, 2008]. Экспрессия этого оперона регулируется двумя независимыми механизмами. Первый механизм - регуляция инициации транскрипции ДНК-связывающим репрессорным белком TrpR [Kelley, 1982]. TrpR также связывает триптофан. В связанной с триптофаном форме TrpR связывается с оператором, который пересекается с триптофановым промотором. Связывание репрессора физически блокирует посадку РНКП на промотор и таким образом не позволяет произойти инициации транскрипции генов trpEDCBA. В условиях избытка триптофана репрессия за счет действия TrpR приводит 80-кратному снижению уровня транскрипции trp оперона по сравнению с уровнем транскрипции, наблюдаемым в отсутствие триптофана [Yanofsky, 1984]. Тем не менее в клетках, где ген, кодирующий TrpR, удален или мутирован, все еще можно наблюдать индукцию триптофанового оперона в ответ на недостаток триптофана. Эта индукция, которая, очевидно, не связана с TrpR, происходит за счет аттенюа-ции транскрипции. Аттенюация транскрипции позволяет прекратить продолжение синтеза trpEDCBA транскриптов в присутствии триптофана, если инициация транскрипции все же произошла в то время, когда репрессор диссоциировал от оператора. Два механизма, регуляция инициации транскрипции посредством TrpR и аттенюация транскрипции, работают независимо, и эффективность каждого из них определяется концентрацией триптофана в цитоплазме. Учитывая максимальный 80-кратный уровень репрессии на уровне инициации транскрипции и 8-кратный на уровне аттенюации, совокупно клетка получает возможность обеспе-

чить ~600-кратное изменение уровня экспрессии триптофанового оперона в зависимости от внутриклеточной концентрации триптофана [воПшск, 2002; УапоГэку, 1984].

Аттенюация триптофанового оперона происходит следующим образом. Ли-дерный транскрипт и-р длиной 141 п.о. содержит четыре области (1. 2. 3 и 4), которые могут формировать три взаимоисключающие шпилечные структуры (Рис. 3): паузирующую (1:2), антитерм и нагор (2:3) и терминатор (3:4). Этот транскрипт также кодирует лидерный пептид длиной 14 аминокислот, содержащий два трип-тофановых остатка, расположенных друг за другом. Рамка считывания этого пептида находится перед аттенюатором и частично перекрывается с областью 1.

r tri)

Г

MKAIPVLGKGWWRTS - trpL -

Возможные структуры лидерного транскрипта trp оперона Е. coli: 1:2 пауза (анти-антитерминатор) 2:3 антитерминатор 3:4 терминатор

♦ инициация транскрипции и элонгация

♦ формирование структуры 1:2

♦ пауза транскрипции

♦ инициациятрансляции

♦ сопряжение транскрипции и трансляции, высвобождение РНКП из паузы

(^триптофан^) недостаток избыток

■ задержка трансляции на Тгр кодонах • трансляция лидерного 1 разобщение трансляции и транскрипции пептида без задержек

2 свободна • 2 защищена

1 антитерминатор 2:3 • терминатор 3:4

■ транскрипция всего оперона • терминациятранскрипции

4

4

полноразмерный транскрипт trpL trpE trpD trpC trpB

1)11

trpA

короткий транскрипт trpL

4

продукция белков биосинтеза триптофана

Рис. 3. Аттенюация транскрипции в триптофановом опероне Е. coli.

Вскоре после инициации на новосинтезированной РНК формируется паузи-рующая структура, образованная комплементарными областями 1 и 2 [Landick,

1985]. В паузированном комплексе сайт связывания рибосомы перед геном рЬ уже синтезирован и открыт для посадки рибосомы, поэтому на нем может произойти инициация трансляции. В ходе трансляции лидерного пептида рибосома разрушает вторичную структуру 1:2, что позволяет РНКП продолжить транскрипцию, которая оказывается сопряженной с трансляцией лидерного пептида. Так как открытая рамка считывания лидерного пептида содержит два последовательно расположенных триптофановых кодона, лежащих в области 1, в зависимости от внутриклеточной концентрации триптофана возможны два варианта дальнейшего развития событий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зухер, Инна Сергеевна, 2015 год

список литературы

1. Allen T.D., Watkins T., Lindahl L., Zengel J.M. Regulation of ribosomal protein synthesis in Vibrio cholerae. // J. Bacterid. - 2004. - Vol. 186. - N 17. - P. 5933-5937.

2. Antson A.A., Dodson E.J., Dodson G., Greaves R.B., Chen X., Gollnick P. Structure of the trp RNA-binding attenuation protein, TRAP, bound to RNA // Nature. - 1999. - Vol. 401. - N 6750.

- P. 235-242.

3. Artsimovitch I., Landick R. Interaction of a nascent RNA structure with RNA polymerase is required for hairpin-dependent transcriptional pausing but not for transcript release // Genes Dev.

- 1998.-Vol. 12.-N 19.-P. 3110-3122.

4. Artsimovitch I., Landick R. Pausing by bacterial RNA polymerase is mediated by mechanistically distinct classes of signals // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2000. - Vol. 97. - N 13. - P. 7090-7095.

5. Aymerich S., Steinmetz M. Specificity determinants and structural features in the RNA target of the bacterial antiterminator proteins of the BglG/SacY family. // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1992. -Vol. 89.-N21.-P. 10410-10414.

6. Babitzke P., Bear D.G., Yanofsky C. TRAP, the trp RNA-binding attenuation protein of Bacillus subtilis, is a toroid-shaped molecule that binds transcripts containing GAG or UAG repeats separated by two nucleotides // Proc. Natl. Acad. Sci. 1995. - Vol. 92. - N 17. - P. 79167920.

7. Baltrus D.A., Amieva M.R., Covacci A., Lowe T.M., Merrell D.S., Ottemann K.M., Stein M., Salama N.R., Guillemin K. The complete genome sequence of Helicobacter pylori strain G27. // J. Bacteriol. - 2009. - Vol. 191. -N 1. - P. 447-448.

8. Bantysh O., Serebryakova M., Makarova K.S., Dubiley S., Datsenko K.A., Severinov K. Enzymatic synthesis of bioinformatically predicted microcin C-like compounds encoded by diverse bacteria. // MBio. - 2014. - Vol. 5. - N 3. - P. e01059-14.

9. Barrick J.E., Corbino K.A., Winkler W.C., Nahvi A., Mandai M., Collins J., Lee M., Roth A., Sudarsan N., Jona I., Wickiser J.K., Breaker R.R. New RNA motifs suggest an expanded scope for riboswitches in bacterial genetic control. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2004. - Vol. 101. -N 17.-P. 6421-6426.

10. Beletskaya I. V., Zakharova M. V., Shlyapnikov M.G., Semenova L.M., Solonin A.S. DNA methylation at the CfrBI site is involved in expression control in the CfrBI restriction-modification system //Nucleic Acids Res. - 2000. - Vol. 28. - N 19. - P. 3817-3822.

11. Bernstein J.A., Khodursky A.B., Lin P., Lin-Chao S., Cohen S.N. Global analysis of mRNA decay and abundance in Escherichia coli at single-gene resolution using two-color fluorescent DNA microarrays // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2002. - Vol. 99. - N 15. - P. 9697-9702.

12. Bonner E.R., D'Elia J.N., Billips B.K., Switzer R.L. Molecular recognition of pyr mRNA by the Bacillus subtilis attenuation regulatory protein PyrR // Nucleic Acids Res. - 2001. - Vol. 29. -N23.-P. 4851-4865.

13. Boss A., Nussbaum-Shochat A., Amster-Choder O. Characterization of the Dimerization Domain in BglG, an RNA-Binding Transcriptional Antiterminator from Escherichia coli // J. Bacteriol. - 1999. - Vol. 181. - N 6. - P. 1755-1766.

14. Brooks B.D., Brooks A.E. Therapeutic strategies to combat antibiotic resistance // Adv. Drug Deliv. Rev. - 2014. - Vol. 78. - P. 14-27.

15. Carrier T.A., Keasling J.D. Controlling Messenger RNA Stability in Bacteria: Strategies for Engineering Gene Expression // Biotechnol. Prog. - 1997. - Vol. 13. - N 6. - P. 699-708.

16. Causton H., Py B., McLaren R.S., Higgins C.F. mRNA degradation in Escherichia coli: a novel factor which impedes the exoribonucleolytic activity of PNPase at stem-loop structures // Mol. Microbiol. - 1994. - Vol. 14. - N 4. - P. 731-741.

17. Celesnik H., Deana A., Belasco J.G. Initiation of RNA Decay in Escherichia coli by 5' Pyrophosphate Removal // Mol. Cell. - 2007. - Vol. 27. - N 1. - P. 79-90.

18. Chen C.A., Beatty J.T., Cohen S.N., Belasco J.G. An intercistronic stem-loop structure functions as an mRNA decay terminator necessary but insufficient for puf mRNA stability // Cell. - 1988. - Vol. 52. - N 4. - P. 609-619.

19. Chen Q., Arents J.C., Bader R., Postma P.W., Amster-Choder O. BglF, the sensor of the E. coli bgl system, uses the same site to phosphorylate both a sugar and a regulatory protein. // EMBO J. - 1997.-Vol. 16.-N 15.-P. 4617-4627.

20. Choonee N., Even S., Zig L., Putzer H. Ribosomal protein L20 controls expression of the Bacillus subtilis infC operon via a transcription attenuation mechanism. // Nucleic Acids Res. -2007. - Vol. 35. - N 5. - P. 1578-1588.

21. Collins J.A., Irnov I., Baker S., Winkler W.C. Mechanism of mRNA destabilization by the glmS ribozyme. // Genes Dev. - 2007. - Vol. 21. - N 24. - P. 3356-3368.

22. Condon C., Squires C., Squires C. Control of rRNA transcription in Escherichia coli. // Microbiol. Rev. - 1995. - Vol. 59. - N 4. - P. 623-645.

23. Cruz-Vera L.R., Gong M., Yanofsky C. Changes produced by bound tryptophan in the ribosome peptidyl transferase center in response to TnaC, a nascent leader peptide. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2006. - Vol. 103. - N 10. - P. 3598-3603.

24. Cruz-Vera L.R., Yanofsky C. Conserved residues Asp 16 and Pro24 of TnaC-tRNAPro participate in tryptophan induction of Tna operon expression. // J. Bacteriol. - 2008. - Vol. 190. -N 14. - P. 4791-7.

25. Datsenko K.A., Wanner B.L. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K-12 using PCR products // Proc. Natl. Acad. Sci. - 2000. - Vol. 97. - P. 6640-6645.

26. Deana A., Belasco J.G. Lost in translation: the influence of ribosomes on bacterial mRNA decay// Genes Dev. - 2005. - Vol. 19. - P. 2526-2533.

27. Deikus G., Babitzke P., Bechhofer D.H. Recycling of a regulatory protein by degradation of the RNA to which it binds // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2004. - Vol. 101. - N 9. - P. 27472751.

28. Delgado N.A., Fari R.N., Salomo L.A., Bioqui D. De. Growth-Phase-Dependent Expression of the Cyclopeptide Antibiotic Microcin J25 // J Bacteriol. - 2001. - Vol. 183. - N 5. - P. 17551764.

29. Destoumieux-Garzon D., Peduzzi J., Rebuffat S. Focus on modified microcins: structural features and mechanisms of action // Biochimie. - 2002. - Vol. 84. - N 5-6. - P. 511-519.

30. DeVito J., Das A. Control of transcription processivity in phage lambda: Nus factors strengthen the termination-resistant state of RNA polymerase induced by N antiterminator. // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1994. - Vol. 91. - N 18. - P. 8660-8664.

31. Donahue J., Turnbough C.J. Nucleotide-specific transcriptional pausing in the pyrBI leader region of Escherichia coli K-12 // J. Biol. Chem. - 1994. - Vol. 269. -N 27. - P. 18185-18191.

32. Dugar G., Herbig A., Forstner K.U., Heidrich N.. Reinhardt R., Nieselt K., Sharma C.M. High-resolution transcriptome maps reveal strain-specific regulatory features of multiple Campylobacter jejuni isolates. // PLoS Genet. - 2013. - Vol. 9. - N 5. - P. el003495.

33. Duquesne S., Destoumieux-Garzon D., Peduzzi J., Rebuffat S. Microcins, gene-encoded antibacterial peptides from enterobactcria // Nat Prod Rep. - 2007. - Vol. 24. - P. 708-734.

34. Elf J., Nilsson D., Tenson T., Ehrenberg M. Selective charging of tRNA isoacceptors explains patterns of codon usage. // Science. - 2003. - Vol. 300. - N 5626. - P. 1718-1722.

35. Ellington A.D., Szostak J.W. In vitro selection of RNA molecules that bind specific ligands. //Nature. - 1990. - Vol. 346. -N 6287. - P. 818-822.

36. Fomenko D., Veselovskii A., Khmel I. Regulation of microcin C51 operon expression: the role of global regulators of transcription // Res Microbiol. - 2001. - Vol. 152. - N 5. - P. 469-479.

37. Fomenko D.E., Metlitskaya A.Z., Peduzzi J., Goulard C., Katrukha G.S., Gening L. V, Rebuffat S., Khmel I.A. Microcin C51 Plasmid Genes: Possible Source of Horizontal Gene Transfer // Antimicrob. Agents Chemother. - 2003. - Vol. 47. - N 9. - P. 2868-2874.

38. Freire-Moran L., Aronsson B., Manz C., Gyssens I.C., So A.D., Monnet D.L., Cars O. Critical shortage of new antibiotics in development against multidrug-resistant bacteria-Time to react is now. // Drug Resist. Updat. - 2011. - Vol. 14. - N 2. - P. 118-124.

39. Fu Y., Deiorio-Haggar K., Anthony J., Meyer M.M. Most RNAs regulating ribosomal protein biosynthesis in Escherichia coli are narrowly distributed to Gammaproteobacteria. // Nucleic Acids Res. - 2013. - Vol. 41. - N 6. - P. 3491-3503.

40. Gelfand M.S., Mironov a a, Jomantas J., Kozlov Y.I., Perumov D. a. A conserved RNA structure element involved in the regulation of bacterial riboflavin synthesis genes. // Trends Genet. - 1999. - Vol. 15. - N 11. - P. 439^442.

41. Genilloud O., Moreno F., Kolter R. DNA sequence, products, and transcriptional pattern of the genes involved in production of the DNA replication inhibitor microcin B17. // J. Bacteriol. -1989.-Vol. 171.-N2.-P. 1126-1135.

42. Gollnick P., Babitzke P. Transcription attenuation // Biochim Biophys Acta. - 2002. - Vol. 1577.-P. 240-250.

43. Gollnick P., Babitzke P., Antson A., Yanofsky C. Complexity in regulation of tryptophan biosynthesis in bacillus subtilis // Annu. Rev. Genet. - 2005. - Vol. 39. - P. 47-68.

44. Gong F., Ito K., Nakamura Y., Yanofsky C. The mechanism of tryptophan induction of tryptophanase operon expression: tryptophan inhibits release factor-mediated cleavage of TnaC-peptidyl-tRNA(Pro). // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2001. - Vol. 98. - N 16. - P. 8997-9001.

45. Gong F., Yanofsky C. Instruction of translating ribosome by nascent peptide. // Science. -2002. - Vol. 297. - N 5588. - P. 1864-1867.

46. Gong F., Yanofsky C. A Transcriptional Pause Synchronizes Translation with Transcription in the Tryptophanase Operon Leader Region // J. Bacteriol. - 2003. - Vol. 185. - N 21. - P. 64726476.

47. González J.C., Banerjee R. V, Huang S., Sumner J.S., Matthews R.G. Comparison of cobalamin-independent and cobalamin-dependent methionine synthases from Escherichia coli: two solutions to the same chemical problem. // Biochemistry. - 1992. - Vol. 31. - N 26. - P. 6045-6056.

48. González-Pastor J.E., San Millán J.L., Castilla M.A., Moreno F., Gonzalez-Pastor J.E., Millan J.L. Structure and organization of plasmid genes required to produce the translation inhibitor microcin C7 // J. Bacteriol. - 1995. - Vol. 177. - N 24. - P. 7131-7140.

49. Green N.J., Grundy F.J., Henkin T.M. The T box mechanism: tRNA as a regulatory molecule II FEBS Lett. - 2010. - Vol. 584. - N 2. - P. 318-324.

50. Grundy F.J., Henkin T.M. tRNA as a positive regulator of transcription antitermination in B. subtilis // Cell. - 1993. - Vol. 74. - N 3. - P. 475^182.

51. Grundy F.J., Winkler W.C., Henkin T.M. tRNA-mediated transcription antitermination in vitro: codon-anticodon pairing independent of the ribosome. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. -2002. - Vol. 99. - N 17. - P. 11121-11126.

52. Guijarro J.L, González-Pastor J.E., Baleux F., San Millán J.L., Castilla M. a, Rico M., Moreno F., Delepierre M. Chemical structure and translation inhibition studies of the antibiotic microcin CI. II J. Biol. Chem. - 1995. - Vol. 270. - N 40. - P. 23520-23532.

53. Gusarov I., Nudler E. The Mechanism of Intrinsic Transcription Termination // Mol. Cell. -1999. - Vol. 3. - N 4. - P. 495-504.

54. Gutierrez-Preciado A., Jensen R.A., Yanofsky C., Merino E. New insights into regulation of the tryptophan biosynthetic operon in Gram-positive bacteria // Trends Genet. - 2005. - Vol. 21. -P. 432-436.

55. Henkin T.M. Riboswitch RNAs: using RNA to sense cellular metabolism. // Genes Dev. -2008. - Vol. 22. - N 24. - P. 3383-3390.

56. Henkin T.M., Glass B.L., Grundy F.J. Analysis of the Bacillus subtilis tyrS gene: conservation of a regulatory sequence in multiple tRNA synthetase genes. // J. Bacteriol. - 1992.

- Vol. 174. - N 4. - P. 1299-1306.

57. Hollands K., Proshkin S., Sklyarova S., Epshtein V., Mironov A., Nudler E., Groisman E.A. Riboswitch control of Rho-dependent transcription termination. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. -2012.-Vol. 109.-N 14.-P. 5376-5381.

58. Hubner S., Declerck N., Diethmaier C., Coq D. Le, Aymerich S., Stiilke J. Prevention of cross-talk in conserved regulatory systems: identification of specificity determinants in RNA-binding anti-termination proteins of the BglG family. // Nucleic Acids Res. - 2011. - Vol. 39. - N 10.-P. 4360-4372.

59. Johansson J., Mandin P., Renzoni A., Chiaruttini C., Springer M., Cossart P. An RNA Thermosensor Controls Expression of Virulence Genes in Listeria monocytogenes // Cell. -2002.-Vol. 110.-N 5.-P. 551-561.

60. Kazakov T., Vondenhoff G.H., Datsenko K.A., Novikova M., Metlitskaya A., Wanner B.L., Severinov K. Escherichia coli Peptidase A, B, or N Can Process Translation Inhibitor Microcin C Hi. Bacteriol. - 2008. - Vol. 190. - N 7. - P. 2607-2610.

61. Kelley R.L., Yanofsky C. Trp aporepressor production is controlled by autogenous regulation and inefficient translation // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1982. - Vol. 79. - N 10. - P. 3120-3124.

62. Klein D.J., Ferre-D'Amare A.R. Structural basis of glmS ribozyme activation by glucosamine-6-phosphate. // Science - 2006. - Vol. 313. -N 5794. - P. 1752-1756.

63. Kolter R., Yanofsky C. Attenuation in amino acid biosynthetic operons // Annu. Rev. Genet.

- 1982.-Vol. 16.-P. 113-134.

64. Kozak M. Initiation of translation in prokaryotes and eukaryotes // Gene. - 1999. - Vol. 234. -N2.-P. 187-208.

65. Kulikovsky A., Serebryakova M., Bantysh O., Metlitskaya A., Borukhov S., Severinov K., Dubiley S. The molecular mechanism of aminopropylation of peptide-nucleotide antibiotic microcin C. // J. Am. Chem. Soc. - 2014. - Vol. 136. - N 31. - P. 11168-11175.

66. Kumarevel T., Mizuno H., Kumar P.K.R. Structural basis of HutP-mediated anti-termination and roles of the Mg2+ ion and L-histidine ligand. // Nature. - 2005. - Vol. 434. - N 7030. - P. 183-191.

67. Kurepina N.E., Basyuk E.I., Metlitskaya A.Z., Zaitsev D.A., Khmel I.A. Cloning and mapping of the genetic determinants for microcin C51 production and immunity // Mol Gen Genet. - 1993. - Vol. 241. - N 5-6. - P. 700-706.

68. Landick R., Carey J., Yanofsky C. Translation activates the paused transcription complex and restores transcription of the trp operon leader region. // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1985. - Vol. 82.-N 14.-P. 4663-4667.

69. Larson M.H., Mooney R.A., Peters J.M., Windgassen T., Nayak D., Gross C.A., Block S.M., Greenleaf W.J., Landick R., Weissman J.S. A Pause Sequence Enriched at Translation Start Sites Drives Transcription Dynamics in Vivo // Science. - 2014. - Vol. 334. - N 6187. - P. 1042-1047.

70. Lee E.R., Baker J.L., Weinberg Z., Sudarsan N., Breaker R.R. An allosteric self-splicing ribozyme triggered by a bacterial second messenger. // Science. - 2010. - Vol. 329. - N 5993. - P. 845-848.

71. Lemay J.-F., Desnoyers G., Blouin S., Heppell B., Bastet L., St-Pierre P., Masse E., Lafontaine D.A. Comparative study between transcriptionally- and translationally-acting adenine riboswitches reveals key differences in riboswitch regulatory mechanisms. // PLoS Genet. -

2011. - Vol. 7. - N 1. - P. el001278.

72. Lindahl L., Archer R., Zengel J.M. Transcription of the slO ribosomal protein operon is regulated by an attenuator in the leader // Cell. - 1983. - Vol. 33. - N 1. - P. 241-248.

73. Lu C., Ding F., Chowdhury A., Pradhan V., Tomsic J., Holmes W.M., Henkin T.M., Ke A. SAM Recognition and Conformational Switching Mechanism in the Bacillus subtilis yitJ S Box/SAM-I Riboswitch // J. Mol. Biol. - 2010. - Vol. 404. - N 5. - P. 803-818.

74. Lu Y., Turner R.J., Switzer R.L. Roles of the three transcriptional attenuators of the Bacillus subtilis pyrimidine biosynthetic operon in the regulation of its expression. // J. Bacteriol.. -1995.-Vol. 177 . - N 5 . - P. 1315-1325.

75. Mahadevan S., Wright A. A bacterial gene involved in transcription antitermination: Regulation at a rho-independent terminator in the bgl operon of E. coli // Cell. - 1987. - Vol. 50. - N 3. - P. 485-494.

76. Mandal M., Boese B., Barrick J.E., Winkler W.C., Breaker R.R. Riboswitches Control Fundamental Biochemical Pathways in Bacillus subtilis and Other Bacteria // Cell. - 2003. - Vol. 113,-N5.-P. 577-586.

77. Mandal M., Breaker R.R. Adenine riboswitches and gene activation by disruption of a transcription terminator. // Nat. Struct. Mol. Biol. - 2004a. - Vol. 11. - N 1. - P. 29-35.

78. Mandal M., Lee M., Barrick J.E., Weinberg Z., Emilsson G.M., Ruzzo W.L., Breaker R.R. A glycine-dependent riboswitch that uses cooperative binding to control gene expression. // Science. - 2004b. - Vol. 306. - N 5694. - P. 275-279.

79. Martinez A.K., Gordon E., Sengupta A., Shirole N., Klepacki D., Martinez-Garriga B., Brown L.M., Benedik M.J., Yanofsky C., Mankin A.S., Vazquez-Laslop N., Sachs M.S., CruzVera L.R. Interactions of the TnaC nascent peptide with rRNA in the exit tunnel enable the ribosome to respond to free tryptophan. // Nucleic Acids Res. - 2013. - Vol. 42. - N 2. - P. 12451256.

80. Martinez A.K., Shirole N.H., Murakami S., Benedik M.J., Sachs M.S., Cruz-Vera L.R. Crucial elements that maintain the interactions between the regulatory TnaC peptide and the

ribosome exit tunnel responsible for Trp inhibition of ribosome function. // Nucleic Acids Res. -2012. - Vol. 40. - N 5. - P. 2247-2257.

81. Merino E., Jensen R.A., Yanofsky C. Evolution of bacterial trp operons and their regulation // Curr. Opin. Microbiol. - 2008. - Vol. 11. - N 2. - P. 78-86.

82. Metlitskaya A., Kazakov T., Kommer A., Pavlova O., Praetorius-Ibba M., Ibba M., Krasheninnikov I., Kolb V., Khmel I., Severinov K. Aspartyl-tRNA Synthetase Is the Target of Peptide Nucleotide Antibiotic Microcin C // J. Biol. Chem. - 2006. - Vol. 281. - N 26. - P. 18033-18042.

83. Metlitskaya A., Kazakov T., Vondenhoff G.H., Novikova M., Shashkov A., Zatsepin T., Semenova E., Zaitseva N., Ramensky V., Aerschot A., Severinov K., Aerschot A. Van. Maturation of the Translation Inhibitor Microcin CII J. Bacteriol. - 2009. - Vol. 191. - N 7. - P. 2380-2387.

84. Metlitskaya A.Z., Katrukha G.S., Shashkov A.S., Zaitsev D.A., Egorov T.A., Khmel I.A. Structure of microcin C51, a new antibiotic with a broad spectrum of activity// FEBS Lett. -1995. - Vol. 357. - N 3. - P. 235-238.

85. Miranda-Ríos J., Navarro M., Soberón M. A conserved RNA structure (thi box) is involved in regulation of thiamin biosynthetic gene expression in bacteria. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2001. - Vol. 98. - N 17. - P. 9736-9741.

86. Mironov A., Gusarov I., Rafíkov R., Lopez, Shatalin K. Sensing small molecules by nascent RNA: a mechanism to control transcription in bacteria // Cell. - 2002. - Vol. 111. - N 5. - P. 747756.

87. Moreno F., Gonzalez-Pastor J.E., Baquero M.R., Bravo D. The regulation of microcin B, C and J operons // Biochimie. - 2002. - Vol. 84. - N 5-6. - P. 521-529.

88. Morita M.T., Tanaka Y., Kodama T.S., Kyogoku Y., Yanagi H., Yura T. Translational induction of heat shock transcription factor sigma32: evidence for a built-in RNA thermosensor. // Genes Dev. - 1999. - Vol. 13. - N 6. - P. 655-665.

89. Nahvi A., Sudarsan N., Ebert M.S., Zou X., Brown K.L., Breaker R.R. Genetic Control by a Metabolite Binding mRNA // Chem. Biol. - 2002. - Vol. 9. - N 9. - P. 1043-1049.

90. Narberhaus F., Waldminghaus T., Chowdhury S. RNA thermometers. // FEMS Microbiol. Rev. - 2006. - Vol. 30. - N 1. - P. 3-16.

91. Naville M., Gautheret D. Transcription attenuation in bacteria: theme and variations // Br. Funct Genomics. - 2009. - Vol. 8. - N 6. - P. 482-492.

92. Nechooshtan G., Elgrably-Weiss M., Altuvia S. Changes in transcriptional pausing modify the folding dynamics of the pH-responsive RNA element. // Nucleic Acids Res. - 2013. - Vol. 42.-N l.-P. 622-630.

93. Nechooshtan G., Elgrably-Weiss M., Sheaffer A., Westhof E., Altuvia S. A pH-responsive riboregulator. // Genes Dev. - 2009. - Vol. 23. - N 22. - P. 2650-2662.

94. Nigam A., Gupta D., Sharma A. Treatment of infectious disease: beyond antibiotics. 11 Microbiol. Res. - 2014. - Vol. 169. - N 9-10. - P. 643-51.

95. Nomura M., Yates J.L., Dean D., Post L.E. Feedback regulation of ribosomal protein gene expression in Escherichia coli: structural homology of ribosomal RNA and ribosomal protein MRNA. // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1980. - Vol. 77. - N 12. - P. 7084-7088.

96. Novikova M., Kazakov T., Vondenhoff G.H., Semenova E., Rozenski J., Metlytskaya A., Zukher I., Tikhonov A., Aerschot A. Van, Severinov K. MccE provides resistance to protein synthesis inhibitor microcin C by acetylating the processed form of the antibiotic. // J. Biol. Chem. - 2010. - Vol. 285. - N 17. - P. 12662-12669.

97. Novikova M., Metlitskaya A., Datsenko K., Kazakov T., Kazakov A., Wanner B., Severinov K. The Escherichia coli Yej Transporter Is Required for the Uptake of Translation Inhibitor Microcin C // J. Bacteriol. - 2007. - Vol. 189. - N 22. - P. 8361-8365.

98. Novoa M.A., Diaz-Guerra L., San Millan J.L., Moreno F., Millan J.L. Cloning and mapping of the genetic determinants for microcin C7 production and immunity // J Bacteriol. - 1986. -Vol. 168. -N3.-P. 1384-1391.

99. Oldfield E., Feng X. Resistance-resistant antibiotics // Trends Pharmacol. Sci. - 2014. - Vol. 35.-N 12.-P. 664-674.

100. Orelle C., Carlson S., Kaushal B., Almutairi M.M., Liu H., Ochabowicz A., Quan S., Pham V.C., Squires C.L., Murphy B.T., Mankin A.S. Tools for characterizing bacterial protein synthesis inhibitors. // Antimicrob. Agents Chemother. - 2013a. - Vol. 57. - N 12. - P. 59946004.

101. Orelle C., Szal T., Klepacki D., Shaw K.J., Vazquez-Laslop N., Mankin A.S. Identifying the targets of aminoacyl-tRNA synthetase inhibitors by primer extension inhibition. // Nucleic Acids Res. - 2013b. - Vol. 41. - N 14. - P. el44.

102. Peters J.M., Vangeloff A.D., Landick R. Bacterial Transcription Terminators: The RNA 3'-End Chronicles // J. Mol. Biol. - 2011. - Vol. 412. - N 5. - P. 793-813.

103. Proshkin S., Rahmouni A.R., Mironov A., Nudler E. Cooperation between translating ribosomes and RNA polymerase in transcription elongation. // Science. - 2010. - Vol. 328. - N 5977. - P.504-508.

104. Proshkin S.A., Mironov A.S. Regulation of bacterial transcription elongation // Mol. Biol. -2011. - Vol. 45. - N 3. - P. 355-374.

105. Putzer H., Condon C., Brechemier-Baey D., Brito R., Grunberg-Manago M. Transfer RNA-mediated antitermination in vitro // Nucleic Acids Res. - 2002. - Vol. 30. - N 14. - P. 3026-3033.

106. Riley M.A., Wertz J.E. Bacteriocins: Evolution, ecology, and application //Annu. Rev. Microbiol. - 2002. - Vol. 56. - P. 117-137.

107. Robertson D.L., Joyce G.F. Selection in vitro of an RNA enzyme that specifically cleaves single-stranded DNA. //Nature. - 1990. - Vol. 344. - N 6265. - P. 467-468.

108. Roland K.L., Powell F.E., Turnbough C.L.J. Role of translation and attenuation in the control of pyrBI operon expression in Escherichia coli K-12. // J. Bacteriol. - 1985. - Vol. 163. -N3.-P. 991-999.

109. Rothe F.M., Bahr T., Stülke J., Rak B., Görke B. Activation of Escherichia coli antiterminator BglG requires its phosphorylation. // Proc. Natl. Acad. Sei. U. S. A. - 2012. - Vol.

109.-N39.-P. 15906-15911.

110. Roush R.F., Nolan E.M., Lohr F., Walsh C.T. Maturation of an Escherichia coli Ribosomal Peptide Antibiotic by ATP-Consuming N-P Bond Formation in Microcin C7 // J. Am. Chem. Soc. - 2008. - Vol. 130. - N 11. - P. 3603-3609.

111. Santangelo T.J., Artsimovitch I. Termination and antitermination: RNA polymerase runs a stop sign. //Nat. Rev. Microbiol. - 2011. - Vol. 9. - N 5. - P. 319-329.

112. Seiinger D.W., Saxena R.M., Cheung K.J., Church G.M., Rosenow C. Global RNA HalfLife Analysis in Escherichia coli Reveals Positional Patterns of Transcript Degradation // Genome Res. - 2003. - Vol. 13. - N 2. - P. 216-223.

113. Serganov A., Nudler E. A Decade of Riboswitches // Cell. - 2013. - Vol. 152. - N 1. - P. 1724.

114. Severinov K., Semenova E., Kazakov A., Kazakov T., Gelfand M.S. Low-molecular-weight post-translationally modified microcins // Mol Microbiol. - 2007. - Vol. 65. - N 6. - P. 13801394.

115. Sharma C.M., Hoffmann S., Darfeuille F., Reignier J., Findeiss S., Sittka A., Chabas S., Reiche K., Hackermüller J., Reinhardt R., Stadler P.F., Vogel J. The primary transcriptome of the major human pathogen Helicobacter pylori. // Nature. - 2010. - Vol. 464. - N 7286. - P. 250255.

116. Shine J., Dalgarno L. The 3'-Terminal Sequence of Escherichia coli 16S Ribosomal RNA: Complementarity to Nonsense Triplets and Ribosome Binding Sites // Proc. Natl. Acad. Sei. -

1974. - Vol. 71. - N 4. - P. 1342-1346.

117. Smajs D., Strouhal M., Matejkova P., Cejkova D., Cursino L., Chartone-Souza E., Smarda J., Nascimento A.M. a. Complete sequence of low-copy-number plasmid MccC7-H22 of probiotic Escherichia coli H22 and the prevalence of mcc genes among human E. coli. // Plasmid. - 2008. - Vol. 59. - N 1. - P. 1-10.

118. Spirin A.S. Storage of messenger RNA in eukaryotes: envelopment with protein, translational barrier at 5' side, or conformational masking by 3' side? // Mol. Reprod. Dev. -1994. - Vol. 38. - N 1. - P. 107-117.

119. Stern D.B., Radwanski E.R., Kindle K.L. A 3' stem/loop structure of the Chlamydomonas chloroplast atpB gene regulates mRNA accumulation in vivo. // Plant Cell Online. - 1991. - Vol. 3. - N 3. - P. 285-297.

120. Sudarsan N., Hammond M.C., Block K.F., Welz R., Barrick J.E., Roth A., Breaker R.R. Tandem riboswitch architectures exhibit complex gene control functions. // Science. - 2006. -Vol. 314. - N 5797. - P. 300-304.

121. Svvitzer R.L., Turner R.J., Lu Y. Regulation of the Bacillus subtilis Pyrimidine Biosynthetic Operon by Transcriptional Attenuation: Control of Gene Expression by an mRNA-Binding Protein // Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. - 1999. - Vol. 62. - P. 329-367.

122. Tenson T., Ehrenberg M. Regulatory Nascent Peptides in the Ribosomal Tunnel // Cell. -2002. - Vol. 108. - N 5. - P. 591-594.

123. Tikhonov A., Kazakov T., Semenova E., Serebryakova M., Vondenhoff G., Aerschot A. Van, Reader J.S., Govorun V.M., Severinov K. The mechanism of microcin C resistance provided by the MccF peptidase. // J. Biol. Chem. - 2010. - Vol. 285. - N 49. - P. 37944-37952.

124. Tuerk C., Gold L. Systematic evolution of ligands by exponential enrichment: RNA ligands to bacteriophage T4 DNA polymerase // Science. - 1990. - Vol. 249. - N 8. - P. 505-510.

125. Turnbough C.L. Attenuation Control of pyrBI Operon Expression in Escherichia coli K-12 // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1983. - Vol. 80. - N 2. - P. 368-372.

126. Turner R.J., Bonner E.R., Grabner G.K., Switzer R.L. Purification and Characterization of Bacillus subtilis PyrR, a Bifunctional pyr mRNA-binding Attenuation Protein/Uracil Phosphoribosyltransferase // J. Biol. Chem. - 1998. - Vol. 273. -N 10. - P. 5932-5938.

127. Vitreschak A.G., Lyubetskaya E. V., Shirshin M.A., Gelfand M.S., Lyubetsky V.A. Attenuation regulation of amino acid biosynthetic operons in proteobacteria: comparative genomics analysis // FEMS Microbiol. Lett. - 2004. - Vol. 234. - N 2. - P. 357-370.

128. Vitreschak A.G., Mironov A.A., Lyubetsky V.A., Gelfand M.S. Comparative genomic analysis of T-box regulatory systems in bacteria. // RNA. - 2008. - Vol. 14. - N 4. - P. 717-735.

129. Vitreschak A.G., Rodionov A.R., Mironov A.A., Gelfand M.S. Regulation of riboflavin biosynthesis and transport genes in bactcria by transcriptional and translational attenuation // Nucleic Acids Res. - 2002. - Vol. 30. - N 14. - P. 3141-3151.

130. Vogel U., Jensen K.A.J.F. The RNA chain elongation rate in Escherichia coli depends on the growth rate . // J. Bacteriol. - 1994. - Vol. 176. - N 10. - P. 2807-2813.

131. Watson J.D., Baker T.A., Bell S.P., Gann A., Levine M., Losick R. Gene Regulation in Prokaryotes // Molecular Biology of the Gene.: CSHL Press, 2004. Ed. 5. C. 483-529.

132. Wickiser J.K., Winkler W.C., Breaker R.R., Crothers D.M. The Speed of RNA Transcription and Metabolite Binding Kinetics Operate an FMN Riboswitch // Mol. Cell. - 2005. -Vol. 18.-N l.-P. 49-60.

133. Winkler W.C., Cohen-Chalamish S., Breaker R.R. An mRNA structure that controls gene expression by binding FMN. // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - 2002. - Vol. 99. - N 25. - P. 15908-15913.

134. Winkler W.C., Nahvi A., Roth A., Collins J.A., Breaker R.R. Control of gene expression by a natural metabolite-responsive ribozyme. // Nature. - 2004. - Vol. 428. - N 6980. - P. 281-286.

135. Wolf M. Phylogeny of Firmicutes with special reference to Mycoplasma (Mollicutes) as inferred from phosphoglycerate kinase amino acid sequence data // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. -2004. - Vol. 54. - N 3. - P. 871-875.

136. Yakhnin A., Babitzke P. NusA-stimulated RNA polymerase pausing and termination participates in the Bacillus subtilis trp operon attenuation mechanism in vitro // Proc. Natl. -2002. - Vol. 99. - N 17. - P. 11067-11072.

137. Yang S.-C., Lin C.-H., Sung C.T., Fang J.-Y. Antibacterial activities of bacteriocins: application in foods and pharmaceuticals. // Front. Microbiol. - 2014. - Vol. 5. - N 241.

138. Yanofsky C. Attenuation in the control of expression of bacterial operons // Nature. - 1981. - Vol. 289. - N 5800. - P. 751-758.

139. Yanofsky C. Transcription attenuation: once viewed as a novel regulatory strategy // J Bacteriol. - 2000. - Vol. 182. -N 1. - P. 1-8.

140. Yanofsky C. The different roles of tryptophan transfer RNA in regulating trp operon expression in E. coli versus B. subtilis // TRENDS Genet. - 2004. - Vol. 20. - N 8. - P. 367-374.

141. Yanofsky C., Kelley R.L., Horn V. Repression is relieved before attenuation in the trp operon of Escherichia coli as tryptophan starvation becomes increasingly severe. // J. Bacteriol. -1984.-Vol. 158.-N3.-P. 1018-1024.

142. Yura T., Nagai H., Mori H. Regulation of the heat-shock response in bacteria. // Annu. Rev. Microbiol. - 1993. - Vol. 47. - P. 321-350.

143. Zengel J., Lindahl L. A hairpin structure upstream of the terminator hairpin required for ribosomal protein L4-mediated attenuation control of the S10 operon of Escherichia coli // J. Bacteriol. - 1996. - Vol. 178. - N 8. - P. 2383-2387.

144. Zengel J.M. Ribosomal Protein L4 Stimulates in vitro Termination of Transcription at a NusA-Dependent Terminator in the S10 Operon Leader // Proc. Natl. Acad. Sci. - 1990. - Vol. 87. - N 7. - P. 2675-2679.

145. Zengel J.M., Lindahl L. Diverse mechanisms for regulating ribosomal protein synthesis in Escherichia coli. // Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol. - 1994. - Vol. 47. - P. 331-370.

146. Zheng D., Constantinidou C., Hobman J.L., Minchin S.D. Identification of the CRP regulon using in vitro and in vivo transcriptional profiling. // Nucleic Acids Res. - 2004. - Vol. 32. - N 19.-P. 5874-5893.