Обзор литературы

Роль гена fur в гомеостазе железа и регуляции стрессового ответа у бактерий

Металлы служат необходимыми для клетки макро- и микроэлементами. К макроэлементам относятся натрий, калий, магний и кальций, к микроэлементам – часть переходных металлов, среди которых наиболее распространены железо, цинк, медь и марганец и реже встречаются кобальт, никель, молибден, хром и ванадий (Rosakis, 2004). Потребность в металлах широко варьирует у разных бактерий, однако их внутриклеточная концентрация строго контролируется на определенном уровне, поскольку как их недостаток (голодание), так и избыток (токсичный эффект) вреден для клетки. Железо, наряду с цинком и магнием, необходимо для всех микроорганизмов, за исключением некоторых молочнокислых бактерий и спирохет рода Borrelia (Posey, Gherardini, 2000). В основном железо присутствует в белках, содержащих гем и железосерные кластеры; при этом железосодержащие белки выполняют функции переносчиков электронов, катализаторов ферментативных реакций, а также регуляторов экспрессии генов, выступая в роли сенсоров внешних и внутренних условий клетки (Lill, 2009).

Многие микроэлементы, играющие важную роль в метаболизме бактерий, труднодоступны в природе. Например, недостаток железа является ограничивающим фактором первичной продуктивности океана (Coale et al., 1996), а его доступность в организме-хозяине (растении или животном) служит определяющим условием размножения патогенных бактерий (Nairz et al., 2010). Для выживания в условиях недостатка железа клетки развили ряд ответов, таких как уменьшение размера, сокращение числа вторичных метаболитов, синтез альтернативных белков (замещающих железосодержащие) и включение разнообразных механизмов эффективного поглощения железа из окружающей среды. Такие стратегии гомеостаза предполагают тонкую настройку экспрессии генов для физиологической адаптации клеток к изменяющейся концентрации металлов и предотвращения синтеза токсичных метаболитов. Железо, например, катализирует в реакции Фентона образование наиболее реакционноспособной и токсичной для клетки активной формы кислорода (АФК), гидроксильного радикала (Imlay, 2003). Физиолого-биохимические и генетические исследования доказывают прямую связь развития окислительного стресса с увеличением пула свободного внутриклеточного железа, как ординарным, так и вследствие нарушения гомеостаза этого металла (Touati, 2000; Latifi et al., 2005; Cornelis et al., 2011). В связи с этим у аэробных организмов имеет место координация гомеостаза железа и адаптивного ответа на окислительный стресс, и данную функцию у многих бактерий выполняет ген fur (ferric uptake regulator). То же название имеет суперсемейство родственных регуляторных белков, транскрипционных факторов, вовлеченных в регуляцию экспрессии генов гомеостаза металлов и стрессового ответа клетки (Табл. 1).

Таблица 1.

Типичные представители регуляторных белков суперсемейства FUR*

Белок	Основной адаптивный ответ	Металл-кофактор	Структурный металл
Fur	Гомеостаз металла	Fe^2+	Zn^2+
Zur	Zn^2+	Zn^2+
Nur	Ni^2+	Zn^2+
Mur	Mn^2+	–
PerR	Окислительный стресс	Fe^2+	Zn^2+
Irr	Усвоение гема	Fe^2+/гем	–

*Использованы данные из работы (Fillat, 2014)

Дата добавления: 2015-07-12