Post on 18-Mar-2016
description
Исследование транскрипционной регуляции биосинтеза метионина в различныхтаксономических группах методами
сравнительной геномики
Ковалева Галина
Московский Государственный Университет им.М.В.ЛомоносоваИнститут Проблем Передачи Информации РАН
Часть I. Биосинтез метионина в бактериальных геномах(порядок Actinomycetales)
Часть II. Биосинтез метионина в дрожжевых геномах(род Saccharomyces)
Часть III. Биосинтез метионина в геномах аскомицет(Neurospora crassa, Aspergillus nidulans)
оксалоацетатаспартат
аспартил-фосфат
аспартат-семиальдегид лизин
гомосерин треонин изолейцин
о-ацетилгомосерин о-сукцинилгомосерин
цистатионин
гомоцистеин
метионин
сульфат
аденилилсульфат (APS)
фосфоаденилилсульфат(PAPS)
сульфит
сульфид
серин+ацетил-КоА
о-ацетилсеринцистеин
- C.glutamicum - E.coli - P.aeruginosa - A.nidulans - S.cerevisiae
Бактериальные геномы.Corynebacterium glutamicum
- предсказана оперонная организация регулона McbR
- известен транскрипционный регулятор McbR
(18 оперонов, объединяющие 36 генов)
- на основании выравнивания регуляторных областейпредсказан сайт связывания регулятора, для пятипотенциальных сайтов предсказание проверено
экспериментально
Streptomyces coelicolor
Rhodopseudomonas palustris
Bradyrhizobium japonicum
Bradyrhizobium japonicum
Burkholderiacepacia Burkholderia mallei
Ralstonia eutropha
Pseudomonas fluorescens
Silicibacter pomeroyi
Anaeromyxobacter dehalogenans
Streptomyces avermitilis
Corynebacterium jeikeium
Corynebacterium diphtheriae
Corynebacterium glutamicumCorynebacterium efficiens
Nocardia farcinica
Streptomyces coelicolor
Leifsonia xyli
Mycobacteriumtuberculosis
Mesorhizobium lotiBordetella pertussis
Magnetospirillum magnetotacticum
Burkholderia fungorum
Burkholderia pseudomallei
Burkholderia ambifariaBurkholderia cepacia
McbR и его ортологи
Cgl
Cdp
Cef
Cjk
Nfa
Lxl
Scc
***
Cgl
Cdp
Cef
Cjk
Nfa
Lxl
Scc
Cgl
Cdp
Cef
Cjk
Nfa
Lxl
Scc
cysI cysX cysD cysN cysY cysZ ?Cgl
Cdp
Cef
Cjk
Nfa
Lxl
Scc
cysHcysJ/fpr2 MTA nucleosidase
MetY metX
(metC)
(cysD) (metA)
no orthologs
no orthologs
no orthologs
no orthologs
no orthologs
no orthologs
hom/thrA thrB thrC
***
cysC
(cysX)(fpr1)
cg0737 cg0736 cg0735
DIP0611
brnQaecD cg2538cg2524
(metC)
ywjA jk0591
Cgl
Cdp
Cef
Cjk
Nfa
Lxl
Scc
McbR
McbR
McbR
McbR McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
терминаторная шпилька. Предсказанав работе .Rey et al., 2005-
-
-
--
*-
cайт связывания McbR. Экспериментальноподтвержден в работе Rey et al., 2005.
cайт связывания McbR. Предсказан вработе .Rey et al., 2005
cайт связывания McbR. Предсказан вданной работе.
неортологичное замещение
гены разнесены по геному
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbR
McbRMcbR
McbR
McbR
McbR
New!
CysC: принимает участие в восстановлении сульфата
New!
cysI cysX cysD cysN cysY cysZC gl
C dp
C ef
C jk
N fa
Lxl
Scc
cysHcysJ/fpr2 M TA nu c le os ida se
no orthologs
no orthologs
***
cysC
(cysX)(fpr1 )
MTA нуклеозидазы: восстановление пула метионина изпобочного продукта биосинтеза полиаминов
Предъявлено несколько новых членов регулона McbR:
Cgl
Cdp
Cef
Cjk
Nfa
Lxl
Scc
no orthologs
McbR
no orthologs
no orthologs
McbR
McbR
McbRcg1739
-глутамин-амидотрансферазным доменом guaA B.subtilis
Роль в биосинтезе метионина не очевидна
Сходство с:
-гомосерин-сукцинилтрансферазным доменом
Дрожжевые геномыгеномы. Род Saccharomyces
- длина регуляторных областей в среднем 600 п.н.
- известно три транскрипционных регулятора биосинтеза метионина:
1) Gcn4p. Глобальный регулятор биосинтеза аминокислот. Консенсус сайта связывания TGACTC.
2) Комплекс Met31/Met32. Функция не известна. Консенсус сайта сайта связывания AAACTGTGG.
3) Комплекс Cbf1/Met4/Met28. По видимому, основной регулятор биосинтеза метионина. Консенсус сайта связывания TCACGTG.
1) Несмотря на довольно высокое качество выравниваний регуляторныхобластей, очевиден высокий уровень перепредсказаний (false-positives) вследствие слишком малых длин сайтов.
2) Замечено, что даже экспериментально подтвержденные сайты частоне консервативны
Вводим понятие консервативности сайта:
Предсказание сайтов в ортологичных регуляторных областях.Выравнивание регуляторных областей
Smik___ATTTCTATCACGTGTGAATTSkudr__ATTTC-ATCACGTGCAGTTTScer___ATTTC-ATCACGTGCGTATTSpar___ATTCC-ATCACGTGCGGATT *** * ******** **
Консервативность сайтав каждом геноме =1.0
met5Scer_TTTCGCTCGTGGAAAASpar_TTTCGCTCGTGCAAAASmik_TTTTGCTCGTGGGAAASbay_TTACACTCGCGGAAAA ** **** * ***
met13
В геноме S.bayanusконсервативность сайта =0
Промежуточный вариант, консервативность =0.5: в сайте есть точечная замена,но он все еще удовлетворяет распознающему правилу
Все сайты связывания регуляторов были разбиты на три группы: - показанные экспериментально («известные») - сильные предсказанные. Вес значительно выше порогового - слабые предсказанные. Пороговый вес.
Gcn4p
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Уров
ень
конс
ерва
тивн
ости
Cbf1-комплекс
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Уров
ень
конс
ерва
тивн
ости
известные сильные предск. слабые предск. известные сильные предск. слабые предск.
известные сильные предск. слабые предск.
Met31/Met32
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
S.p
arad
oxus
S.m
ikat
ae
S.k
udria
vzev
ii
S.b
ayan
us
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Уров
ень
конс
ерва
тивн
остиДаже экспериментально
подтвержденные сайтысвязывания регуляторов
не абсолютноконсервативны
Консервативность только«сильных» сайтов
сравнима с таковой для экспериментально
подтвержденных сайтов
Аскомицеты.Neurospora crassa, Aspergillus nidulans
- регуляторные области длиной до 3000 п.н.
- предсказан консенсус сайта связывания регулятора вида ATG-n4-CAT. Показан для N.crassa
- основная часть генов пути в N.crassa не картирована. Для A.nidulans известно больше генов, но не известно ни одного сайта связывания
- нет геномов организмов, занимающих промежуточное положение между A.nidulans и N.crassa, таких как Magnaporthe grisea
Задача: предъявить сайты связываниярегулятора биосинтеза метионина
для Aspergillus nidulans
Выравнивания регуляторных областей:
- длина регуляторных областей (3000 п.н.)
- наличие инсерций/делеций длиной в среднем в 200 п.н.
- низкое качество выравниваний
- длина сайтов связывания транскрипционного фактора (10 п.н.)
- центральные нуклеотиды сайтов связывания не информативны
Cys14_1 TGTTCGCTGATGCCATTCATTACAAGCGACTACGGTAAGTAA
Cys14_2 TTTTCGCTTGGGGATGACGTGCAAAAGCGAACCCCTACTGCACG
Cys14_3
1990:
TTGAGAACATTGCGCCATGAAACCCCTGGGATGTCGTCATGTTAAAGGAACTCTTGTAACGCGGTACTTTGGGGACCCTACAGCAGTACAATTTCC
Cys3 CCGAGAATGGTGTCATTTCTCGTGACTTTGGGGGGATTGCACCATCGAGGGGGGCTCTTACCACAGTAAAGAGCACTGAAACCCCCCTAACGTGGTAGCTCCCC
??? - спейсер в 5 п.н. - неконсусный сайт
???
Проверенные способы интерпретации экспериментально показанных сайтов:
- двухбоксовый сайт со спейсером 4-5 п.н.
- варьирующий спейсер между двумя сайтами
- поиск по предложенному консенсусу
Работа была выполнена под руководством М.С.Гельфанда
Спасибо завнимание!!!!