reglering av sekundär Metabolism

många sekundära metabolit biosyntetiska genkluster innehåller minst en klusterspecifik reglerande (CSR) gen, ofta kodar för ett Streptomyces antibiotikum reglerande Protein (SARP) eller en transkriptionell regulator av Lal-familjen (Stora ATP-bindande regulatorer av LuxR-familjen). De förstnämnda är transkriptionsaktivatorer som innehåller ett bevingat helix-sväng-helixmotiv mot deras N-termini som också finns i OmpR-familjen av proteiner. SARP – familjen av proteiner har hittats endast i aktinomyceter, och mestadels inom streptomyceterna. En mycket komplex uppsättning regulatoriska kaskader kopplar fysiologiska, miljö-och utvecklingssignaler till uttryck av pleiotropa regulatoriska gener och i slutändan dessa vägspecifika regulatorer, och därigenom kontrollerar sekundär metabolism efter bakteriens huvudsakliga tillväxtfas (Figur 2; granskad av Liu et al, 2013; van Wezel & McDowall, 2011). Exempel på pleiotropa regulatorer är produkterna från bld-generna som också reglerar tillväxten av lufthyfer (avsnitt ’reglering av utveckling’). Som diskuterats tidigare (avsnitt primär Metabolism) påverkar höga koncentrationer av både ammonium och oorganiskt fosfat i tillväxtmediet antibiotikabiosyntesen negativt. Vid kvävebegränsande tillstånd utlöses antibiotikabiosyntes av den starkt fosforylerade guanosinukleotiden (p)ppGpp. Följaktligen beror antibiotikaproduktionen under dessa förhållanden på det ribosomassocierade ppGpp-syntetas (RelA). Detta kan förbigås av mutationer i RNA-polymeras-subenheten av den typ som ger resistens mot rifampicin: det är möjligt att dessa mutationer efterliknar effekten av ppgpp-bindning till RNA-polymeras och därmed påverkar dess aktivitet för transkription efter huvudtillväxtfasen. Mutationer som påverkar översättning under denna del av livscykeln har också en betydande inverkan på antibiotikabiosyntes. En mutation som ger streptomycinresistens inom rpsL, som kodar för S12-ribosomproteinet, resulterar i ökat uttryck av ribosomåtervinningsfaktor och detta ökar i sin tur genuttryck under stationär fas.streptomyceterna producerar vanligtvis extracellulära signaler som reglerar antibiotikabiosyntes. Dessa signaler är AUC-butyrolaktoner. De är effektiva i nanomolära koncentrationer, och den bäst karakteriserade är A-faktor som produceras av S. griseus. Ovanligt krävs A-faktor för både sekundär metabolism (streptomycin och grixazonbiosyntes) och morfologisk utveckling. A-faktor, specificerad av afsA-genen, binder till dess cytoplasmatiska receptorprotein ArpA, vilket förhindrar att den senare binder och undertrycker adpA-promotorn. AdpA krävs för aktivering av transkription av både strR, den vägspecifika reglerande genen för streptomycinproduktion och andra medlemmar av adpA regulon, av vilka några krävs för morfologisk differentiering. – butyrolaktoner som produceras av andra arter reglerar specifikt sekundär metabolism. Exempel är virginiae-butanoliderna som kontrollerar virginiamycinbiosyntes i S. virginiae och SCB1 som reglerar produktionen (eventuellt indirekt) av de pigmenterade antibiotika av S. coelicolor. För dessa exempel krävs receptorproteinet också för normal produktion av det kognata sackari-butyrolakton och kodas av en gen intill den som specificerar produktion av signalmolekylen. Dessutom ligger båda generna intill sekundära metabolit-genkluster vars reglering styrs av avsugningsbutyrolakton. Till exempel i S. coelicolor, scbA, som specificerar SCB1-syntes och scbR, som kodar för receptorproteinet, ligger båda bredvid ett kluster av gener, cpk-generna, som specificerar syntes av en ’kryptisk’ typ i-polyketid. I frånvaro av SCB1 binder ScbR till promotorn för den vägspecifika regulatoriska genen cpkO och undertrycker dess transkription. En andra ScbR-liknande repressor, ScbR2, styr också cpko-uttryck. ScbR2-genen ligger nära cpkO och repressorproteinet, till skillnad från ScbR, binder inte gamma-butyrolaktoner. Produkterna från cpk-klustret avslöjades när scbR2 raderades, eftersom detta effektivt uppreglerar uttryck av både CSR cpkO och följaktligen CPK-biosyntetiska gener. Detta exempel på att manipulera uttryck av en CSR av ett givet kryptiskt genkluster för att aktivera biosyntes har också uppnåtts för ett annat kryptiskt typ i-polyketidsyntasgenkluster i S. ambofaciens och kan tillämpas på andra exempel på ’kryptiska’ biosyntetiska vägar som en del av läkemedelsupptäcktsprogram för att utöka utbudet av bioaktiva föreningar som produceras av streptomycetes.en pleiotropisk regulator för antibiotikaproduktion i S. coelicolor, AfsR, delar i sin N-terminala region signifikant aminosyrahomologi med SARP-familjen av proteiner, samtidigt som den innehåller ATP-bindande sekvenser i dess centrala region. AfsR spelar en roll i en signaltransduktionsfosforell som reglerar syntesen av pigmenterade antibiotika Act och Red, och även det kalciumberoende antibiotikumet (CDA) som specificeras av cda-klustret. Ett membranassocierat serin / treoninproteinkinas, AfsK, när det aktiveras av en ännu okänd miljökod, autofosforylerar och i sin tur fosforylerar cytoplasmatisk AfsR (och även DivIVA, avsnitt ’Hyphal tillväxt och celldelning’). AfsR-p aktiverar sedan transkription av afsS, som kodar för ett 63-aminosyraprotein som fungerar på ett okänt sätt för att förbättra produktionen av Act, Red och CDA. Andra kinaser (PkaG och AfsL) kan fosforylera AfsR, vilket tyder på att det kan integrera en mängd olika Miljösignaler.

ett paradigm för att förstå komplexiteten i reglering av syntes av en given sekundär metabolit gäller Act biosyntes i S. coelicolor. I detta exempel är CSR ActII-ORF4-regulatorn som styr Act-biosyntes. Denna CSR fungerar som en kritisk nod i det regulatoriska nätverket controlling Act biosynthesis, som integrerar information om näringsstatus, tillväxt och utveckling bland andra faktorer. Detta uppnås till stor del på transkriptionsnivå eftersom actII-ORF4-promotorn är utomordentligt komplex (för en bakteriell promotorregion), genom att den i sig är ett mål för minst 10 reglerande proteiner. Dessa inkluderar AdpA, som i sig undertrycks både av en kazakisk-butyrolaktonbindande transkriptionsfaktor (se ovan) och av BldD (kopplar morfologisk utveckling med reglering av sekundär metabolism). AdpA binder till actII-ORF4-promotorn och hjälper till att rekrytera RNA-polymeras och därigenom aktivera transkription och agera biosyntes. En annan AdpA-aktiverad målgen är bldA (avsnitt ’baskomposition’), så att man skapar en utvecklande positiv återkopplingsslinga, och detta påverkar Act-biosyntesen eftersom actII-ORF4 mRNA också innehåller ett sällsynt bldA-beroende UUA-kodon. En repressor av actII-ORF4 är DasR som reglerar det globala svaret på N-acetylglukosamin som frigörs vid programmerad celldöd och autolys av delar av vegetativ hyphae i slutet av tillväxten. Denna produkt frigörs från nedbrytande cellväggar och, när den väl har assimilerats, deacyleras och fosforyleras. Den resulterande metaboliten binder till DasR, vilket lindrar dess förtryck av actII-ORF4.

det cykliska AMP-receptorproteinet, Crp, som är involverat i glukosrepression i andra bakterier, är en aktivator av actII-ORF4-uttryck såväl som CSR för CDA och Red. Andra regulatorer som verkar direkt på actII-ORF4 och som är involverade i näringssvar är xylos operonrepressor; AfsQ1, en aktivator som svarar på kväveöverskott; GlnR (avsnitt ’primär Metabolism’); DraR, del av ett tvåkomponentsystem som svarar på kväveöverskott; PhoP( avsnitt ’primär Metabolism’); och AtrA, själv reglerad av PhoP. Dessutom är actII-ORF4-promotorn ett mål för Tvåkomponentresponsregulatorerna AbrC3 och AbsA2.

reglering av sekundär metabolism i streptomycetes inkluderar andra olika mekanismer; denna komplexitet kan förväntas eftersom de olika bioaktiva produkterna har ett brett spektrum av adaptiva funktioner, av vilka många vi ännu inte förstår. Följaktligen kan flera parallella och överlappande reglerande vägar existera inom en enda art, samordna produktionen av en eller flera sekundära metaboliter som svar på olika Miljösignaler och kopplar ofta produktion med utvecklingssignaler som utlöser morfologisk differentiering.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.