ДНК-Инвертазы
Сайт-специфическая инверсия последовательностей ДНК бактерии, играет роль в генетическом переключении и контролирует экспрессию генов внутри или в смежных районах с инвертированым сегментом. Изучаемые системы включают в себя C и G инверсии, которые контролируют хозяйские области интеграции фагов P1 и Mu, соответственно, инверсию H, которая контролирует фазовые изменения у S.typhimurium, и P инверсию внутри элемента e14 в E.coli, которая, возможно, контролирует неизвестную функцию. Каждая ин- версия катализируется рекомбиназой, кодируемой геном din (DNA inversion) [ 122 ]. Рекомбиназы (Cin, Gin, Hin и Pin от C, G, H и P инверсий, соответственно) имеют от 60 до 70% гомологии между собой и работают на последовательностях cix, gix, hix и pix, вместе называемых dix (от DNA inversion cross-over-X) [122], которые также сильно гомологичны. Данная рекомбиназа может использовать dix-сайт из другой din-системы, хотя и с меньшей эффективностью, чем для родственного dix-сайта . Для эффективной инверсии требуются два хозяйских фактора (Fis и HU) и cis-сайт,называемый энхансером рекомбинации [ 136 ].
dix- Сайты локализованы в противоположной ориентации на границах инвертируемых сегментов. Это 26-н.п. последовательности, состоящие из 12-н.п. несовершенных палиндромов , которые разделены центральным динуклеотидом (hixR-сайт у правой границы сегмента H является исключением и не содержит палиндромов). Из 26 н.п., составляющих каждый dix-сайт, 21 консервативна по крайней мере в шести из восьми известных dix-сайтов. На основе этого был выведен консенсус dix-сайта:
AT T C T N N N A A A C C . A G G T T T N N G A T A A
Фермент Cin (и, возможно, другие Din-рекомбиназы)может осуществлять рекомбинацию не только между Din-последовательностями, но также и между последовательностями, которые лишь частично гомологичны dix (их называют квази- dix, или dixQ, сайтами) [ 125 ]. Первым опубликованным событием такого рода была рекомбинация между cix и cixQ-сайтами,которая происходит в течение трансдукции фагом P1 плазмид , производных pBR322, и генерирует стабильный коинтеграт между двумя геномами [ 123 ]. Изучение коинтеграта показало, что инверсии между cix и cixQ-сайтами могут также происходить, хотя и с частотой в четыре раза ниже, чем между двумя cix-сайтами [125]. Была найдена слабая гомология между cixQ-сайтом и различными dix-сайтами [ 122 ].
Дополнительные dixQ-сайты были изолированы с использованием беспромоторных генов, которые могли приобрести промотор после инверсии и находились в плазмидах, родственных pBR322, вместе с геном cin и одним из двух cix-сайтов[ 120 , 121 , 122 ]. Инверсия беспромоторного гена galK посредством рекомбинации между cix и cixQ-сайтами обнаружила четыре cixQ-сайта [ 120 ], в то время как инверсия беспромоторного гена Km(r) в результате рекомбинации между gix-сайтом, модифицированным или дикого типа (gix-сайт имеет AA вместо GA в качестве центрального динуклеотида core)[120],и gixQ-сайтами выявил множество сайтов gixQ. Пять различных gixQ-сайтов рекомбинировали с gix и 10 других с gix; некоторые из них появлялись последовательно. Кроме того, одна пара dixQ-последовательностей рекомбинировалась получением инверсии, а другая была вовлечена в более комплексное событие (коинтеграция и инверсия).
Консенсус последовательности dixQ может быть выведен из анализов 42-х dixQ-сайтов:
AN N N T T A N A A A N G . A G N T T T N N N N A A
Возможно, что Cin-рекомбиназа иногда только включает незаконную рекомбинацию, возможно, разрезанием ДНК по правильному dix-сайту (атакже, по некоторым dixQ-сайтам, как показано на примере рекомбинации между парами dixQ-сайтов), ноне выполняет ее.
Помимо семейства Din, рассмотренного выше, были описаны другие системы инверсии ДНК. Одну из таких систем несет в E.coli IncI1 плазмида R64 [ 153 ]. Она состоит из четырех сегментов ДНК, разделенных шестью 19-н.п. повторами. Рекомбинация инвертирует сегменты независимо или группами между двумя любыми повторами, лежащими в противоположной ориентации. Инверсия опосредуется генной функцией, обозначенной rci (R cluster inversion). Ее роль может заключаться в выборе продукции одного из семи возможных белков, кодируемых этим районом. Этот район назван "тасующимся" (shufflon) [ 154 ] и найден в множестве IncI1-плазмидах [ 153 ]. Другая инверсионная система E.coli [ 1 ] контролирует экспрессию генов fim, вовлеченных в синтез fimbriae. Инвертированые повторы, используемы еR64 и fim-системами, не схожи друг с другом и с dix-сайтами, описанными выше. Еще одна инверсионная система представлена в плазмиде pi524 Staphylococcus aureus. Сегмент этой плазмиды длиной в 2.2 kb, окруженный 650-н.п. инвертированными повторами, инвертируется независимо от хозяйских функций, вовлеченных в гомологичную рекомбинацию. Система, по-видимому, способна опосредовать коинтеграцию и формирование делеций [ 202 ]. Существование различных сайт-специфичных инверсионных систем указывает, что они могут быть широко распространены в природе, хотя только для одной системы, Din, было показано, что она опосредует незаконную рекомбинацию.
Хорошая гомология существует между ДНК-инвертазами и другим классом сайт-специфических ферментов, ресольваз, кодируемых транспозонами семейства Tn3 [ 84 , 140] . Роль последних заключается в опосредовании рекомбинации между двумя копиями одного транспозона, присутствующими в данном геноме. Они действуют по сайтам, называющимся res[ 95 ]. Эти сайты сложные, длиной примерно 120 н.п. и несут три района, связывающих ресольвазу. Делеции, инактивирующие одну или две из трех ресольваза-связывающих последовательностей, уменьшают, соответственно, в 5 и 50 раз способность укороченых res-сайтов рекомбинировать с нормальным сайтом . Все это позволяет предположить, что ресольвазы могут опосредовать незаконную рекомбинацию, используя последовательности, отличные от res-сайта.
