Genregulation: Der biologische Schalter bei Phage ?

Einführung.- 1 Die wichtigsten Elemente des Schalters und ihre Funktion.- 1.1 Elemente des Schalters.- DNA.- RNA-Polymerase.- Repressor.- Cro-Protein.- 1.2 Wirkungsweise von Repressor und Cro-Protein.- Negative Regulation.- Positive Regulation.- Kooperativer Effekt bei der Bindung des Repressors.- 1.3 Induktion: der Schalter springt um.- 1.4 Kooperativät: die Empfindlichkeit des genetischen Schalters.- 1.5 Autoregulation.- 1.6 Andere Beispiele.- 2 Regulation der Genexpression durch DNA-bindende Proteine.- 2.1 Operatoren.- 2.2 Repressor.- 2.3 Cro-Protein.- 2.4 Wechselwirkungen zwischen Aminosäuren und Basenpaaren.- 2.5 Promotoren.- 2.6 Genregulation.- 3 Schalter und Regelkreise.- 3.1 Kurzer Überblick über den Vermehrungszyklus von ?.- Genkarte von ?.- Zirkularisierung.- Genexpression.- Integration.- 3.2 Regulation der Transkription.- Sehr frühe Ereignisse.- Frühe Ereignisse.- Späte Ereignisse im lytischen Programm.- Späte Ereignisse im lysogenen Programm.- 3.3 Der Entscheidungsprozeß.- 3.4 Regulation von Integration und Exzision.- Fall 1: Etablierung des lysogenen Zustandes.- Fall 2: Lytische Vermehrung.- Fall 3: Induktion.- 3.5 Andere Phagen.- 3.6 SOS-Antwort.- 3.7 ? als Modell für die Zelldifferenzierung.- Regulatorgene.- Genetische Schalter.- Genexpression und Musterbildung.- Mechanismen.- 4 Woher wir das alles wissen: die entscheidenden Experimente.- 4.1 Die Repressoridee.- ? clear- und ?vir-Mutanten.- Immunität und Heteroimmunität.- Bakterienkreuzung mit einem lysogenen Partner.- 4.2 Das Repressorproblem in den frühen 60er Jahren.- 4.3 Isolierung des Repressors und Untersuchung seiner DNA-Bindung.- 4.4 Isolierung des Repressors im präparativen Maßstab.- 4.5 Die wesentlichen Aussagen aus Kap. 1 und 2.- Der Repressor besteht aus 2 globulären Domänen, verbunden durch eine Proteinbrücke von 39 Aminosäuren.- Der Repressor bildet Dimere, die v.a. durch Wechselwirkungskräfte zwischen den Carboxyldomänen zusammengehalten werden.- Ein Repressordimer bindet mit seinen Aminodomänen an ein 17 Basenpaare langes Operatorelement.- Pro Operatorelement kann nur 1 Repressordimer binden.- Das Repressordimer bildet sich vor der Bindung an die DNA.- Die Aminodomänen stellen den Kontakt zur DNA her.- Im Bereich des rechten Operators gibt es 3 Bindungsstellen von 17 Basenpaaren Länge. Die Bindung des Repressors und des Cro-Proteins an diese Stellen findet auf derselben Seite der Doppelhelix statt.- Chemische Untersuchungsmethoden.- Mutationen in der Operator-DNA.- Bindung des Repressors an ringförmige und an lineare DNA.- Der Repressor bindet an die 3 oR-Operatorelemente mit alternative paariger Kooperativität. Dieser kooperative Effekt kommt durch Wechselwirkungen zwischen den Carboxyldomänen benachbarter Dimere zustande.- In einem lysogenen Bakterium sind die Bindungsplätze oR1 und oR2 normalerweise vollständig mit Repressor besetzt. Das Protein schaltetdadurch die rechtsgerichtete Transkription des cro-Gens ab und stimuliertzugleich die linksgerichtete Transkription des cl-Gens. Wennseine Konzentration steigt, bindet der Repressor zusätzlich an oR3 undschaltet seine eigene Transkription ab.- Cro bindet zuerst an oR3, dann an oR1 bzw. oR2und schaltet dadurch nacheinander pRM und pRab.- Entdeckung von Cro, dem ?-Antirepressor.- Cro-Protein in vivo.- Cro-Protein in vitro.- RecA spaltet den Repressor und löst damit die Induktion des Phagen aus.- Bindung des Cro-Proteins an oR3 läßt den Genschalter in die andere Stellung springen.- Wie Repressor und Cro-Protein an den Operator binden, ist in Abb. 2.6, 2.8 und 2.10 dargestellt.- Kristallographische Untersuchungen.- Austausch von Erkennungshelix-Segmenten zweier unterschiedlicher Repressorproteine.- Der Arm des ?-Repressors.- Spezifische Kontakte zwischen Aminosäuren und Basenpaaren.- Der Repressor aktiviert die Transkription von cl, indem er an oR2 bindet und mit seiner Aminodomäne Kontakt zur Polymerase herstellt.- Repressormutanten mit einem Defekt in der positiven Genregulation.- Positive Regulation in vitro.- 4.6 Schlußbemerkung.- Anhang 1: Konstruktion eines wirksamen DNA-bindenden Proteins.- Übersicht.- Spezifische und unspezifische Bindung.- Steigerung der Spezifität.- Erhöhung der Proteinkonzentration.- Direkte Erhöhung der Spezifität.- Ausnutzen der Kooperativität.- DNA-Protein-Wechselwirkung in Eukaryoten.- Anhang 2: Starke und schwache Wechselwirkungen.- Anhang 3: Regulation der Transkription in Eukaryoten und Prokaryoten: ein gemeinsamer Mechanismus.