TŁO: Genomy bakteryjne wykazujące silne odchylenie między wiodącą a a opóźnioną nicią replikacji DNA kodują dwie polimerazy DNA III, DnaE i PolC, zamiast jednej. Replikacja jest procesem wysoce niesymetrycznym, dlatego obecność dwóch polimeraz nie jest nieoczekiwana. Wykorzystując genomiki porównawczej zbadaliśmy, czy inne procesy ewoluowały równolegle z każdą polimerazą. równolegle z każdą polimerazą. WYNIKI: Rozszerzając poprzednią heurystykę in silico do analizy koewolucji genów, przeanalizowaliśmy przeanalizowaliśmy funkcję genów grupujących się z dnaE i polC. Klastry były bardzo pouczające. DnaE współewoluuje z rybosomem, mechanizmem maszynerią transkrypcyjną, rdzeniem pośrednich enzymów metabolizmu. Jest również związany z energooszczędnym enzymem niezbędnym do degradacji RNA, fosforylazą polinukleotydową. Większość białek tego współewoluującego zestawu należy do trwałego zestawu w proteomach bakteryjnych, który jest dość wszechobecnie dość wszechobecny. W przeciwieństwie do tego, PolC współewoluuje z enzymami degradującymi RNA, które są obecne tylko w bogatym w A+T kladzie Firmicutes, co sugeruje co najmniej dwa początki dla degradosomu. WNIOSEK: Replikacja DNA obejmuje dwa mechanizmy, DnaE i PolC. DnaE ewoluuje wraz z podstawowymi funkcjami życia bakterii. Natomiast PolC współewoluuje z zestawem enzymów degradujących RNA, które nie pochodzą z degradosomu zidentyfikowanego u gamma-proteobakterii. Sugeruje to, że istniały co najmniej dwie niezależne ścieżki degradacji RNA istniały w społeczności progenotów na końcu świata genomów RNA. --- Mechanizm replikacji DNA jest jedną z sił napędowych ewolucji genomu. ewolucji genomu. Bakteryjna polimeraza DNA III, główny kompleks replikacji DNA, składa się z PolC i DnaE. PolC jest konserwowana u bakterii Gram-dodatnich, szczególnie u Firmicutes z niską zawartością GC, podczas gdy DnaE jest szeroko konserwowany w większości bakterii Gram-ujemnych i Gram-dodatnich. PolC zawiera dwie domeny domeny, domenę egzonukleazy 3'-5'i domenę polimerazy, podczas gdy DnaE posiada tylko domenę polimerazy. posiada tylko domenę polimerazy. W związku z tym DnaE nie ma funkcji funkcji korekty; w Escherichia coli inny enzym DnaQ pełni tę funkcję. funkcję. U większości bakterii wierność replikacji DNA jest utrzymywana przez 3'-5' egzonukleazę i system naprawy niedopasowań (MMR). Odkryliśmy jednak, że większość Actinobacteria (grupa bakterii Gram-dodatnich o wysokiej zawartości GC) utraciła system MMR, a chromosomy mogą być replikowane przez polimerazę DNA III typu DnaE z egzonukleazą 3'-5' podobną do DnaQ. Przetestowaliśmy mutacji Bacillus subtilis, który należy do Firmicutes i stwierdziliśmy, że że szczep typu dzikiego jest nastawiony na AT, podczas gdy szczep z delecją mutS jest wyjątkowo nastawiony na GC. Jeśli założymy, że DnaE ma tendencję do popełniania błędów, które zwiększają zawartość GC, wyniki te można wyjaśnić delecją mutS (tj, delecją systemu MMR). Dlatego proponujemy, aby zawartość GC była regulowana przez polimerazę DNA i system MMR, a brak genów polC, które uczestniczą w systemie w systemie MMR, może być przyczyną wzrostu zawartości GC u bakterii Gram-dodatnich, takich jak bakterii Gram-dodatnich, takich jak Actinobacteria. --- Gen dnaF (polC) Bacillus subtilis, który koduje podjednostkę alfa holoenzymu polimerazy DNA polimerazy DNA III został zsekwencjonowany. Składa się on z 4005 par zasad kodujących 1335 aminokwasów (od kodonu start do kodonu stop), co daje masę cząsteczkową masę cząsteczkową 151,273. Mutacja (azp-12), która nadaje oporność na lek przeciwbakteryjny lek przeciwdrobnoustrojowy 6-(p-hydroksyfenylazo)-uracyl jest spowodowana zmianą pojedynczej zasady w nukleotydzie 3523, z TCA na GCA, co skutkuje zmianą 1175. aminokwasu, seryny, na alaninę. kwasu, seryny, na alaninę. Znajduje się ona w miejscu aktywnym i na C-końcu enzymu. części enzymu. Skład aminokwasowy w domenie N-końcowej ma 26% homologii do podjednostki epsilon kodowanej przez gen dnaQ Escherichia coli, która jest egzonukleazą korekcyjną 3'----5', potwierdzając wcześniejszą obserwację że funkcja ta jest integralną częścią cząsteczki polimerazy w B. subtilis. --- PSM19035 to plazmid o niskiej liczbie kopii replikujący się w formacie theta, który należy do rodziny Inc18. Plazmidy z tej rodziny, które wykazują modułową organizację, są funkcjonalne w ewolucyjnie zróżnicowanych gatunkach bakterii z rodzaju Firmicutes. Niniejszy przegląd podsumowuje naszą wiedzę, zgromadzoną w ciągu ostatnich 20 lat, na temat genetyki, biochemii, cytologii i fizjologii pięciu loci segregacyjnych pSM19035 (seg), które mapują się poza minimalnym replikonem. Locus segA odgrywa rolę zarówno w maksymalizacji losowej segregacji plazmidów, jak i w unikaniu załamań widełek replikacyjnych w tych plazmidach z długimi odwróconymi powtarzającymi się regionami. Locus segB1, który działa jako ostateczny determinant utrzymania plazmidu, koduje krótkotrwałe białko antytoksyny epsilon(2) i toksyny zeta, które tworzą kompleks neutralizujący toksyczność zeta. toksyczność. Komórki, które nie otrzymały kopii plazmidu, zatrzymują swoją proliferację po rozpadzie proliferację po rozpadzie antytoksyny epsilon(2). Locus segB2, który koduje koduje dwa trans-działające białka podobne do ParA i ParB oraz sześć cis-działających centromerów parS aktywnie zapewnia równą lub w przybliżeniu równą dystrybucję kopii plazmidu do komórek potomnych. kopii plazmidu do komórek potomnych. Locus segC obejmuje funkcje, które promują od wykorzystania polimerazy DNA I do replikazy (polimerazy DNA PolC-PolE). polimerazy DNA). Locus segD, który koduje represor transkrypcji działający trans represor transkrypcyjny, omega(2), i sześć cis-działających miejsc kognatycznych, koordynuje ekspresję genów, które kontrolują liczbę kopii, lepszą niż losowa segregację i podział i zapewnia właściwą równowagę tych różnych funkcji. Pracując w porozumieniu pięć różnych loci osiąga niemal absolutną konserwację plazmidu przy minimalnej karze wzrostu.
Które geny kodują podjednostkę alfa polimerazy DNA III u większości bakterii Firmicutes?
Bakteryjna polimeraza DNA III jest podstawowym kompleksem replikacji DNA. U większości Firmicutes, które są bakteriami Gram-dodatnimi o niskim IG, podjednostka alfa ich polimerazy DNA III jest kodowana przez polC i dnaE. DnaE jest szeroko konserwowana w większości bakterii, podczas gdy PolC występuje głównie w kladzie Firmicutes.