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某些常见的转位子

点击： 作者： 来源： 时间： 2006-11-07 　本站论坛

某些常见的转位子（一）Tn10 　　许多转位子两端的IS具有完全相同的反向（或同向）重复顺序。但亦有些Tn两端IS不完全相同，从而引起其功能各异。例如Tn10两端的IS（右侧IS10R，左侧为IS10L）即不完全相同。在IS10两端的反向重复顺序长22bp。这个22bp的反向重复即是转位酶所赖以识别的位点，因而为转位反应所必须。由于IS10R和IS10L的反向重复不完全相同，所以IS10R是Tn10转位所必须，而IS10L的转位活性却仅为IS10R的1-10％（目前估计IS10R和IS10L之间约有2.5％的差异）。此外，Tn10所需靶序列（同向重复序列）亦有特异性。这个9bp的同向重复中有6bp在靶序列中是对称排列的，并且是共同顺序（consensus）。 5’－NGCTNAGCN－3’ 3’－NCGANTCGN－5’（N为任意碱基对）　　靶序列和共同顺序愈相似，则转位的频率愈高。很可能转位酶需要同时识别末端反向重复和靶序列二者方能发挥作用。　　IS10R有两个启动子，一个是POUT，另一是PIN。这两个启动子转录方向相反，即其各自的开放读框（open reading frame，ORF），是在不同的DNA链上。只有PIN所转录的ORF才是转位酶的基因。控制转位的作用的频率显然对细胞是很重要的，每个转位子都有控制它自己转位频率的机制，而转位酶的产量常为关键。Tn10合成的转位酶的量很低。PIN负责转位酶基因的转录，而POUT却引起相邻的宿主DNA的转录（这就是为什么Tn10可引起其邻近的细菌基因表达的原因）。　　有人发现，当用人工方法引入一个带有多考贝IS10R的质粒进入宿主细菌时，Tn10在宿主染色体上的转位作用即被抑制，这种现象称为“多考贝抑制现象”。这种抑制作用有赖于POUT的存在。多考贝抑制并非抑制转位酶基因的转录，而是抑制其翻译。这是由于PIN和POUT转录本在其5’端有约36bp的重叠。因为POUT是（比PIN）更强的启动子，故产生较大量的OUTRNA，后者能和INRNA互补配对，从而阻止了转位酶的翻译。　　此外，IS10引起的转位作用是和DNA复制周期相关的，这是因为在复制时可出现上文提到的“半甲基化状态”。（二）Tn5 　　Tn5的末端反向重复序列是一个很好的例子，说明很小的突变能引起很大的功能改变。Tn5右端的IS50R对转位作用有功能，而左端IS50L则无功能。然而这一对反向重复之间的差异仅为一个碱基对。IS50R的同一读框可以产生两种蛋白质：质白1和蛋白2。两者的不同仅在于蛋白1在N端要比蛋白2长出约40个氨基酸残基。正常时蛋白的产量要比蛋白1多。IS50L中一个碱基对的差异能同时影响这两种蛋白质的翻译，还能控制中央区基因的转录。这个差异产生了一个终止密码子，而使蛋白1和2均提前终止翻译，从而生成截短了的蛋白质，丧失了转位活性。与此同时，还产生了引起中央区基因（编码新霉磷酸转移酶，此酶负责对新霉素和卡那霉素的抗性）转录的启动子。因而这个差异是Tn5具有新霉素抗性所必须的。蛋白1和2的功能是互相关连的，但并不相同。蛋白1对IS50或完整Tn5的转位是必须的。它是一种典型的“顺式”作用因子，对于其他Tn5分子几乎没有任何“反式”转位功能。[一般将仅能作用于某一基因及其所在DNA区段的调控顺序或蛋白质因子称顺式作用因子；而将能作用位于其他DNA分子上的基因的可控性转录调控性转录蛋白因子称为反式作用因子]。　　蛋白2却是转位作用的抑制因子。它是一个反式作用因子。蛋白1和2可能形成某种寡聚复合物而使蛋白1的活性被抑制。Tn5在进入一个新的宿主菌时，其转位频率很高。但一旦Tn5确立在某一位置后，转位频率立即下降，同时还能抑制新进入菌内的其他Tn的转位。这种反式抑制作用是由于此时已产生了相当量的蛋白2，足以抑制不论是新进入的还是早已存在的Tn5所产生的蛋白1的顺式激活作用。（三）TnA家族　　TnA家族都是比较大的转位子（-5kb），其特点是两端不含IS，但含有独立的转位酶基因和抗药性基因。TnA家族包括许多类似的转位子。它们的一般结构均相类似，但有不同的遗传标记(genetic markers)。

TnA家族的某些转位子

靶序列（同向重复） Tn3 ampR 38bp 5bp Tn1 ampR ? 5bp Tn1000(γδ) ? 37bp 5bp Tn501 HgR 38bp 5bp

　　转位子两端的反向重复约长38bp。不论哪端的重复序列缺失均可阻止此转位子的转位作用。靶序列是5bp的同向重复，这种重复序列一般是随机选择的，虽然可能有转位的“热点”。TnA家族的转位酶基因称为tnpA能和单链DNA结合，并且有反式活性（即能催化其他不产生TnpA的同类转位子的转位），这不同于IS－型转位过程的。转位酶的功能可能亦是能识别转位子两端的反向重复序列和作出靶序列处5bp的交错断裂。　　Tn3和Tn1000（以前称为γδ）的转位酶仅各对其自身Tn发生作用，虽然二者的38bp反向重复中有27bp是相同的。可见，有些碱基对对于酶的识别是必须的。　　解离酶的基因称为tnpR。解离酶TnpR有双重作用：①作为基因表达的阻抑蛋白，和②有解离酶活性。tnpR的突变常能增高转位作用的频率，因为TnpA合成增多能阻抑tnpA和它本身基因的转录，tnpR的突变导致TnpR蛋白的失活，从而使TnpA合成增多和转位频率增高。tnpA和tnpR基因分别从基因间的一段富有A?/font>T的控制区向相反方向转录。tnpR即结合在此控制区，从而阻止这两个基因的转录。共联体是转位作用的必然中间产物，而TnpR作为解离酶是解离作用所必须提。当TnpR活性丧失时，解离作用被阻断，共联体将成为转位作用的最终产物。Tn3的解离反应是在一特定的位点处（称为res）发生的。解离酶结合在三个位点上，每个位点长30-40bp，均必须结合TnpR。三个位点的顺序有同源性，其共同序列有二重对称性（dyadsymmetry）。res即存在于位点I中。缺失res时解离即不能进行。但位点Ⅱ和Ⅲ亦属必须，当缺失任一个
时，解离作用亦几乎不进行。位点Ⅰ还和tnpA转录的起始位点相重叠，而位点Ⅱ则和tnpR转录起始位点重叠。在位点Ⅱ的左端则有一操纵基因。　　在解离反应中，键的断裂和重新形成不需要能量的供应。在此反应中解离酶首先以共价链连接在res处被切断的两条链的5'端上。此处有一段很短的回文区，切断后形成有两个碱基的粘性末端。res位点有些像λ噬菌体的att核心。在交叉点的两侧，这两个位点（res和att）在15bp中有10bp是同源的，如下： res5’GATAATTTAT↓AATAT att--5’GCTTT↑TTTATACTAA 　　上图中的箭头分别表示TnpR和Int的切割处。两个反应虽然很相似，但解离发生于分子内位点之间，而λ的位点特异性重组则发生在分子间。　　解离酶的氨基酸顺序和沙门氏菌的Hin蛋白顺序很类似，两者的作用机制（解离反应和位点特异性倒置反应）可能亦很相似，且均和拓扑异构酶的切割和重新连接反应类似。　　最后，Tn3还有一个很奇特的作用，称为转位免疫性。一个带有Tn3的质粒能阻止另一个Tn3的插入，这称为免疫，虽然此Tn3却能够在这个质粒中随意转位。Tn3在插入新质粒后，要经过一段潜伏期才会出现免疫，而且这种作用有特异性，只能阻止其他转位的插入。这种相当长距离的顺式作用的分子基础至今还是一个谜。

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