ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Μικροβιακή Γενετική. Πλασμίδια. Διδάσκουσα: Επίκουρη Καθηγήτρια Αμαλία-Σοφία Αφένδρα

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Μικροβιακή Γενετική Πλασμίδια Διδάσκουσα: Επίκουρη Καθηγήτρια Αμαλία-Σοφία Αφένδρα

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Ύπαρξητωνπλασμιδίων στονξενιστήτους ΑντιγραφήπλασμιδιακούDNA Έλεγχοςτουαριθμούαντιγράφων Καταμερισμόςπλασμιδιακώνμορίων Ασυμβατότητα

4 Διατήρησητωνπλασμιδίωνστους ξενιστέςτους: Συνδυασμόςτης αντιγραφήςτουςκαιτηςκυτταρικής ανάπτυξης. Αρνητικόςέλεγχοςτηςαντιγραφής: τερματισμόςτηςαντιγραφήςαπό κατασταλτικούςπαράγοντες, όταναυτή υπερβαίνεικάποιοεπίπεδο.

5 Απλουστευμένο μοντέλο για τη διατήρηση του αριθμού αντιγράφων Κανονικός αριθμός αντιγράφων Έναρξη αντιγραφής των πλασμιδίων Ισορροπία αντιγράφων τερματισμός αντιγραφής

6 Αντιγραφήτύπου«θ» Αποκόλληση των πατρικών αλυσίδων(iterons). Iterons: παρόντα σε κάποια πλασμίδια, απαραίτητα για την πρόσδεση της πρωτεΐνης Rep και τον έλεγχο της αντιγραφής. Σύνθεση ενός μεγάλου εκκινητή RNA(primer RNA, prna). Έναρξη της σύνθεσης DNA με επιμήκυνση του prna. Στις περισσότερες περιπτώσεις απαιτείται πλασμιδιακή ρεπλικάση(πρωτεΐνη Rep). Χαρακτηριστική εξαίρεση το πλασμίδιο ColE1.

7 Ελεγχοςαντιγραφής«θ»σε πλασμίδιαπουπεριέχουνιτερόνια Συμμετέχουν: Ιτερόνια, Πρωτεΐνη Rep Πρόσδεση της πρωτεΐνης Rep στον χειριστή/υποκινητή εμποδίζεται η μεταγραφή. Διμερισμός της πρωτεΐνης Rep αυτορύθμιση. Αποτέλεσμα: σταθερή συγκέντρωση σε όλη τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου, ανεξάρτητα από τον αριθμό των αντιγράφων

8 (έλεγχος αντιγραφής«θ» σε πλασμίδια που περιέχουν ιτερόνια) Μοντέλο χειροπέδης: όταν ο αριθμός αντιγράφων αυξηθεί πέραν του επιθυμητού, η πρωτεΐνη Rep προσδένεταιταυτόχρονασεδύοπλασμίδια, παρεμποδίζοντας την αντιγραφή τους. Δύοκατηγορίες: Τα στοιχεία χειριστή/υποκινητή εμπεριέχονται στα ιτερόνια(όπως πλασμίδιο P1). Τα στοιχεία χειριστή/υποκινητή και η αρχή αντιγραφής(ori) είναι δύο διαφορετικοί γενετικοί τόποι(όπωςπλασμίδιαpsc101, pps10).

9 1. Μεταγραφική αυτοκαταστολή repap repa 2. Απενεργοποίηση μέσω διμερισμού Ενεργό Ανενεργό 3. Μοντέλο«χειροπέδη»

10 Το ρεπλικόνιο του pps10 (Pseudomonas savastanoi) EMBO J. 15: (1996) RepA molecular switch ( )

11 Έλεγχοςαντιγραφής«θ»στοπλασμίδιοColE1 Μικράμόριααντιπαράλληλου(antisense)RNA (RNA I). ΠρόσδεσηστοRNA II

12 Πλασμίδιο ColE1 cea imm kil inc ori ColE bp nic rom mbec mbea mbeε mbed mbeb

13 ColE1 Σύνθεσητηςαλυσίδας-οδηγού: πρόσδεση ενός μεγάλου εκκινητή RNA (RNAII) στο ori εκτομήτουυβριδίουrnaii-dnaαπότηνrnase H απελευθέρωση ενός ελεύθερου άκρου 3 OH στο RNAII σύνθεση της αλυσίδας-οδηγού Η αλληλεπίδραση RNAI-RNAII που προωθείται από την πρωτεΐνη Rom ελέγχει τη συχνότητα της αντιγραφής. Origin RNAI RNAII Rom

14 ColE1 RNAse H ΑντιγραφήDNA RNA II ori RNA I Γονίδιο rop Πρωτεΐνη Rop (63 aa)

15 Αντιγραφήκυλιόμενουκύκλου Khan SA. Microbiol. Mol. Biol. Rev. (1997) 61:

16 Ελεγχοςαντιγραφήςκυλιόμενουκύκλου Οικογένεια pt181: μέσω αντιπαράλληλου RNA (παρεμποδίζεται η σύνθεση της πρωτεΐνης RepC)

17 Ελεγχοςαντιγραφήςκυλιόμενουκύκλου ΟικογένειαpMV158: αντιπαράλληλοrna, CopG ΠρόσδεσητηςCopG στονυποκινητήp coprep Παρεμπόδιση της πρόσδεσης της RNA πολυμεράσης RNA II: υβριδισμόςμετοmrna τωνγονιδίωνcop-rep Δεν υπάρχει πρόσβαση των ριβοσωμάτων στα σήματα μετάφρασης του repb.

18

19 Ύπαρξητωνπλασμιδίων στονξενιστήτους ΑντιγραφήπλασμιδιακούDNA Έλεγχοςτουαριθμούαντιγράφων Καταμερισμόςπλασμιδιακώνμορίων Ασυμβατότητα

20 Πλασμίδια: «Survivors» Ανακαλύπτονται σε περιβαλλοντικά δείγματα Επιβιώνουν για τρεις λόγους: Γονίδια φαινότυποι με πολύτιμα πλεονεκτήματα Πολύ σταθερή κληρονόμηση Μεγάλη ικανότητα διασποράς

21 Καταμερισμός πλασμιδίων μεγάλου αριθμού αντιγράφων: διάχυση πλασμίδιο χρωμόσωμα Κυτταρική ανάπτυξη Αντιγραφή πλασμιδίων διευθέτηση πλασμιδιακών αντιγράφων κυτταρική διαίρεση και άνιση κατανομή πλασμιδίων

22 Η τυχαία διάχυση δεν επαρκεί για τη σταθερότητα πλασμιδίων μικρού αριθμού αντιγράφων πλασμίδιο χρωμόσωμα Κυτταρική ανάπτυξη Αντιγραφή πλασμιδίων Κυτταρική διαίρεση και άνιση κατανομή πλασμιδίων Κύτταρο χωρίς πλασμίδια

23 Μηχανισμοί με τους οποίους καταμερίζονται τα πλασμίδια χαμηλού αριθμού αντιγράφων Ενεργός καταμερισμός(partition): κατανομή ίσου αριθμού αντιγράφων στα νέα κύτταρα Αποδιάταξη πλασμιδιακών διμερών: Βελτιστοποίηση του αριθμού των πλασμιδίων προς καταμερισμό Απαλειφή των κυττάρων που δεν κληρονόμησαν πλασμίδια

24 Ενεργός καταμερισμός Αντιγραφή πλασμιδίων (μέση φάση ανάπτυξης) Καταμερισμός των πλασμιδίων στα δύο άκρα του κυττάρου Ανάπτυξη κυττάρου Παραμονή των πλασμιδίων σταδύοάκρα Διαίρεση κυττάρου Ίσος καταμερισμός των πλασμιδίων

25

26 Ενεργόςκαταμερισμός: σχηματισμός συμπλόκου νουκλεοπρωτεΐνης Replicon para parb pars Στοιχεία καταμερισμού B A B Αλληλεπίδραση μετονξενιστή(;) pars Παράγοντας του ξενιστή

27 P1 and F Οργάνωση της περιοχής ενεργού καταμερισμού σε χαρακτηριστικά πλασμίδια OParA para/sopa parb/sopb pars/sopc RK2 kora incc2 O B1 OA incc korb korf korg OB2 OB3 ptar and TP228 pars para/parf parb/parg ptav320 (RepABC plasmid) ( igs) R1 repa repb inc1/ incb repc inc2/ incb parc parm parr

28 Ενα πλασµίδιο Αποµάκρυνση των πλασµιδίων Κυτταρική διαίρεση

29 Αποδιάταξη των διμερών ή ολιγομερών Αντιγραφή πλασμιδίων Ομόλογος ανασυνδυασμός Αποδιάταξη του διμερούς διμερές Διαίρεση κυττάρου Κύτταρο χωρίς πλασμίδια

30 Αποδιάταξη διμερούς μέσω ανασυνδυασμού ειδικής θέσης μεταξύ δύο ίδιων θέσεων ανασυνδυασμού X Το διμερές αποδιατάσσεται σε μονομερές μέσω ανασυνδυασμού ειδικής θέσης Ομόλογος ανασυνδυασμός ενδομοριακή ζεύξη στις θέσεις ανασυνδυασμού

31 Χαρακτηριστικό παράδειγμα: ColE1 Θέση cer Recombinases XerC, XerD του E. coli Συμμετέχουν στην αποδιάταξη χρωμοσωμικών διμερών που σχηματίζονται κατά την αντιγραφή του χρωμοσωμικού DNA. ΟιXerC & XerDδρούνμεανάλογοτρόποσταδιμερή του ColE1 και αποκαθιστούν τα μονομερή πλασμίδια.

32 Ζεύγος γονιδίων τοξίνης-αντιτοξίνης πλασμίδιο Γονίδιο αντιτοξίνης Γονίδιο τοξίνης Η τοξίνη αδρανοποιείται, όταν προσδένεται στην αντιτοξίνη

33 Μετα-καταμεριστική θανάτωση των κυττάρων που δεν περιέχουν πλασμίδια Αντιγραφή πλασμιδίων και κυτταρική ανάπτυξη Διαίρεση κυττάρων Μη κατανομή πλασμιδίων Καταβολισμός της αντιτοξίνης (ασταθής) Απελευθέρωση τοξίνης (σταθερή) Προσβολή του κυττάρου

34 Γονίδια τοξίνης του πλασµίδιου F ccda > CcdA ccdb > CcdB (control of cell death) Η CcdB αλληλεπιδρά µε την DNA γυράση του κυττάρου (τοποϊσοµεράση ΙΙ) Συνέπεια: Αδρανοποίοηση της DNA γυράσης Το DNA σπάει Κυτταρικός θάνατος

35 Ύπαρξητωνπλασμιδίων στονξενιστήτους ΑντιγραφήπλασμιδιακούDNA Έλεγχοςτουαριθμούαντιγράφων Καταμερισμόςπλασμιδιακώνμορίων Ασυμβατότητα

36 Ομάδεςασυμβατότηταςπλασμιδίων (incompatibility groups) Ασυμβατότητα πλασμιδίων: δεν μπορούν να συνυπάρξουνστοίδιοκύτταρο. Πλασμίδια που ανήκουν στην ίδια ομάδα ασυμβατότητας είναι μεταξύ τους ασύμβατα, ενώ πλασμίδια που ανήκουν σε διαφορετική ομάδα ασυμβατότητας είναι μεταξύ τους συμβατά. Τα πλασμίδια κατατάσσονται ως προς την ομάδα ασυμβατότητας που ανήκουν(περίπου 20 ομάδες ασυμβατότητας).

37 Συζευκτικά πλασμίδια βακτηρίων Gram- που φέρουν παράγοντες ανθεκτικότητας ταξινομημένα κατά ομάδα ασυμβατότητας IncF: F Escherichia coli R1 Salmonella paratyphi R100 Shigella flexneri ped208 Shigella sonnei IncI: R64 Salmonella typhimurium ColIb-P9 Shigella sonnei IncN: R46 Salmonella typhimurium IncP: RP4 Pseudomonas aeruginosa R751 Klebsiella aerogenes IncW: R388 Escherichia coli IncX: R6K Escherichia coli

38 Τέλος Ενότητας

39 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

40 Σημειώματα

41 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ.

42 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκουσα: Επίκουρη Καθηγήτρια Αμαλία-Σοφία Αφένδρα. «Μικροβιακή Γενετική. Πλασμίδια». Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

43 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1]