Изучение эволюции регуляторных систем прокариот методами сравнительно-геномного анализа

• Автор: Равчеев, Дмитрий Андреевич
• Шифр специальности: 03.00.28
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 219 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Общие принципы регуляции транскрипции бактерий.

1.1.1. РНКполимсраза структура и взаимодействие с промотором

1Л .2. Факторы транскрипции

1.2. Современные методы сравнительной геномики.

1.2.1. Предсказание функций генов на основе сравнения аминокислотных последовательностей

1.2.2. Кластеризация генов на хромосоме

1.2.3. Слияние генов.

1.2.4. Профили встречаемости генов.

1.2.5. Методы распознавания потенциальных регуляторных сайтов
1.2.6. Сравнительная геномика и изучение регуляции.
1.3. Ста регулятор центрального метаболизма.
1.4. Регуляция утилизации рибозы.
1.5. регулятор биосинтеза пуриновых нуклеотидов.
1.6. Глобальная регуляция генов дыхания
1.6.1. Общие принципы устройства дыхательных цепей бактерий
1.6.2. Особенности регуляции дыхания . i.
1.6.3. ответ на молекулярный кислород.
1.6.4. Двукомпонентная система АгсВАгсА ответ на окислительновосстановительный статус хинонов.
1.6.5. Регуляция нитратнитритного дыхания двукомпонентные системы X
и
Глава 2. Материалы и методы
2.1. Общие принципы сравнительного подхода к регуляции.
2.2. Объект исследования и банки данных
2.3. Программное обеспечение.
Глава 3. Исследование эволюции обобщенного Сгарегулона.
3.1. Изучение эволюции регуляторной системы
3.2. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания
3.3. Структура обобщенного регулона в исследованных геномах.
3.3.1. Гены белков фосфотрансферазных систем.
3.3.2. Гены ферментов центрального метаболизма.
3.3.3. Гены белков дыхательных комплексов
3.3.4. Гены ферментов ассимиляции азота
3.3.5. Гены транспортных белков
3.3.6. Гены регуляторных белков
3.4. Эволюция ГгиИрегулона .
3.5. Обсуждение и выводы
Глава 4. Исследование эволюции обобщенных РигЯ и ЯЬзКрегулонов
4.1. Изучение эволюции регуляторных систем
4.2. Исследование ЯЬзЯзависимой регуляции
4.2.1. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания .
4.2.2. Структура обобщенного ЯЬзЯреглуона
4.3. Исследование РигЯзависимой регуляции
4.3.1. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания РигЯ.
4.3.2. Структура обобщенного РигЯреглуона.
4.3.2.1. Синтез пуриновых нуклеотидов
4.3.2.2. Синтез пиримидиновых нуклеотидов
4.3.2.3. Метаболизм азота
4.3.2.4. Метаболизм одноуглсродных фрагментов
4.3.2.5. Транспортные белки
4.3.2.6. Утилизация нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
4.3.2.7. Центральный метаболизм
4.3.2.8. Белки с неизвестной функцией
4.3.3. Таксонеиецифичсскис особенности РигЯрсгуляции.
4.4. Исследование регуляции в РьсиботопасЫсз
4.4.1. Ген регуляторного белка из Рзеиботопа1а1ез.
4.4.2. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов
ЯЬбЯ Рзеис1отопаба1ез.
4.4.3. Структура обобщенного реглуона в Рзеис1огпопаба1ез
4.5. Эволюция РигЯ и ЯЬзЯрегулонов
4.6. Обсуждение и выводы
Глава 5. Эволюция глобальной регуляции дыхания
5.1. Эволюция регуляторных систем.
5.1.1. Однокомпонентная регуляторная система Гпг.
5.1.2. Двукомпонентная система ЛгсВАгсА.
5.1.3. Регуляция нитратнитритиого дыхания удвоенная двукомпонентная система
X и
5.2. Построение распознающих правил для поиска сайтов связыания регуляторов дыхания
5.2.1. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания .
5.2.2. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания АгсЛ.
5.2.3. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания
5.3. Состав обобщенных , АгсА и регулонов
5.3.1. Белки дыхательных цепей
5.3.2. Биосинтез молибдоптеринового кофактора.
5.3.3. Центральный метаболизм и брожение
5.3.4. Метаболизм углеводов.
5.3.5. Метаболизм жирных кислот.
5.3.6. Ответ на кислородный стресс
5.3.7. Нуклсотидредуктазы.
5.3.8. Транспортные белки.
5.3.9. Пептидазы
5.3 Регуляторы транскрипции.
5.4. Таксонспецифическис особенности глобальной регуляции дыхания.
5.4.1. Состав обобщенных регулонов в различных таксонах.
5.4.2. Структура регуляторных каскадов в разных таксонах
5.4.3. Регуляция в отдельных таксонах.
5.5. Обсуждение и выводы.
Выводы.
Список работ, опубликованных по теме диссертации.
Благодарности
Список литературы


Более прогрессивным представляется метод позиционных матриц весов ii i i, где учитывается не только частота нуклеотида, но и консервативность самой позиции 5. В настоящее время при изучении регуляции исследователи часто сталкиваются с тем, что известных регуляторных сайтов либо недостаточно для построения обучающей выборки, либо информация о них полностью отсутствует. В таком случае производится поиск потенциальных сайтов в регуляторных областях генов, для которых предполагается корегуляция. Наиболее распространенным является метод филогенетического футпринтинга i ii, основанный на поиске консервативных участков в выравниваниях регуляторных областей ортологичных генов из разных организмов 6. Этот метод предсказания потенциальных сайтов реализован в семействе программ VIА 7. Однако метод филогенетического футпринтинга не работает в случае слабого сходства регуляторных последовательностей и совершенно не применим для анализа коршулируемых, но не ортологичных генов. Поэтому часто используются методы, основанные на поиске мотивов, то есть схожих участков в регуляторных областях корегулируемых генов. Различные варианты подобных методов реализованы в таких программах, как, например, i 8, МЕМЕ 9, iX и i 1. Кроме того, в некоторых алгоритмах используется комплексный подход, совмещающий филогенетический футпринтииг и поиск мотивов. Такие алгоритмы реализованы в программах i 2 и 3. Практика использования различных методов предсказания сайтов показывает, что выбор порога для поиска сайтов представляет значительные трудности при повышении порога значительное тело экспериментально подтвержденных сайтов теряется, тогда как при его понижении сильно возрастает количество ложных предсказаний. В подобной ситуации избавиться от ложных предсказаний можно, используя методы сравнительной геномики. Метод проверки соответствия i заключается в поиске потенциальных сайтов перед ортологичными генами. Если сайты перед ортологичными генами или оперонами, содержащими ортологичные гены, сохраняются в нескольких родственных геномах, то данный ген с большой вероятностью является регулируемым. Впервые данный метод был применен при сравнении регуляции биосинтеза пуриновых нуклеотидов, аргинина и ароматических аминокислот в геномах ii i и i i 4. В данной работе были не только выявлены различия в регуляции между двумя геномами, но также предсказан ряд новых членов регулонов, например, была предсказана пуриновая регуляция для ряда транспортеров нуклеотидов. Дальнейшие исследования показали, что метод проверки соответствия применим для исследования регуляции не только бактерии, но и архей. Так, например, были предсказаны гены регуляторов биосинтеза триптофана и ответа на тепловой шок . В дальнейшем метод проверки соответствия получил широкое применение и был использован в ряде исследований регуляции. К таковым можно отнести исследование регуляции биосинтеза аргинина в различных группах бактерий , биосинтеза ароматических аминокислот в грамотрицательных и грамположительных бактериях, анализ регуляции утилизации углеводов в грамотрицательных и грамноложительных бактериях, ответа на тепловой шок в различных классах прогеобактерий , биосинтеза НАД в энтеробактериях , устойчивости к ионам тяжелых металлов у бактерий из разных таксонов . Достаточно подробно изучена эволюция xзависимой регуляции ответа в различных группах бактерий . Исследована регуляция азотфиксацин фактором транскрипции в цианобактериях и белками ТпгА и в бактериях типа ii . Подробно изучалась регуляция биосинтеза НАД в различных группах бактерий. Методами биоинформатики было обнаружено новое семейство регуляторов, получившее название , причем ДНКсвязывающая активность белков из i . РСС и ii 1 была подтверждена экспериментально . В группе iii, типе i и порядке был предсказан регулятор i, а в бактериях группы iiii предсказаны новые транспортеры ниацнна i, iX и i, гены которых входят в регулон i. ДНКсвязывающая способность белков ii и i ii и транспортная функция белка i из В. Весьма перспективным представляется исследование сразу нескольких функционально близких регуляторных систем, контролирующих экспрессию одной и той же группы генов.