Введение к работе
Актуальность проблемы. Реализация генетической информации, т.е. перевод нуклеотидной последовательности генов в аминокислотную последовательность белков происходит многостадийно. От точности передачи информации на, каждой, стадии зависит жизнь всего организма. Не является исключением и последний в этой цепи процесс декодирование матрицы на рибосоме. К,настоящему времени выяснены основные этапы этого процесса, их последовательность. Однако многие молекулярные механизмы, обеспечивающие высокую степень точности при большой скорости протекания реакций, остаются неясными. Овна из нерешенных на сегодняшний, день проблем - это механизм, благодаря которому достигается необходимая специфичность отбора аминоацил-тРНК на рибосоме, программированной матрицей. Отбор аминоацил-тРНК на рибосоме определяется кодон-антикодоновыми взаимодействиями, однако сами по себе эти взаимодействия не могут обеспечить необходимую надежность протекания.процесса. Предложено несколько схем усиления специфичности кодюн-антикодоновых взаимодействий на рибосоме (Hopfie'ld, І974Д980; Kurlana. -et al., Niaio, 1974; Potapov, 1982). Одна из них - гипотеза о стереоспе-цифической стабилизации правильных кодон-антикодоновых комплексов предполагает прямое взаимодействие декодирующего центра рибосомы с сахарофосфатным остовом кодон-антикодонового дуплекса (Потапов, 1982,1985). Очевидно, что при таком механизме работы рибосомы изменение структуры декодирующего центра рибосомы так же, как и изменение сахарофосфатного остова кодона или антикодона, долшо существенно влиять на эффективность и точность процесса трансляции. В этой связи представляет интерес изучение особенностей декодирования везоксирибополинукяеотидбв, нак штриц с измененным сахарофосфатным остовом.
Дель и задачи исследования. Цель настоящего исследования заключается в экспериментальной проверке предположения о существенной роли сахарофосфатного остова кодон-антикодоновой пары в процессе трансляции. Для этого Исследовали чувствительность бактериального аппарата трансляции к изменению сахарофосфатного остова матрицы и вариации этой чувствительнссти под действием ряда факторов,,з частности связанных с изменением структуры рибосомы.
В этой связи задачами работы были.
-
Сравнительное изучение трансляции рибо- и дезоксирибо-матрицы в бесклеточных белоксинтезирующих системах из различных прокариот.
-
Изучение воздействия ряда факторов: аминогликозидных антибиотиков, повышенной концентрации ионов магния, мутаций в рибосомном белке SI2,- на эффективность трансляции полиСат ) и неоднозначность трансляции поли(и ).
-
Изучение некоторых особенностей действия аминогликозидных антибиотиков на прокариотическую систему трансляции.
Научная новизна и теоретическая ценность работы. Показана
возможность трансляции деэоксирибоматрицы поли(с№ ) в присутст
вии аминогликозидных антибиотиков в бесклеточных системах транс
ляции ИЗ В. subtilis, Т. ther ophilas наряду с E.coli.
Системы белкового синтеза из указанных прокариот характеризуются
выраженной специфичностью к структуре сахарного остатка матрицы,
которая в зависимости от условий трансляции может быть изменена
по принципу "либо рибо-, либо дезоксирибомагрица".
Полученные в работе результаты позволяют заключить, что весьма различные по своей природе факторы, изменяющие точность трансляции поли(и ), изменяют и эффективность трансляции поли(ат; Прослеживается отчетливая положительная корреляция между неоднозначностью трансляции рибонунлеотидной матрицы и эффективностью трансляции ее деэоксирибоаналога. По мере увеличения глубины индукции ошибок декодирования поли(и ) в ряду неомицин > канамлцин > стрептомицин, возрастания концентрации каждого антибиотика и повышения в среде содержания ионов магния, а также при переходе от гиперточных рибосом с мутацией в белке 512 к исходным рибосомам имеет место пропорциональное увеличение эффективности поли (ої )~зависішо'го синтеза полифенилалашна. Обнаруженная корреляция изменений точности трансляции рибонуклеотидной матрицы и эффективности трансляции деэоксирибонуклеотидной матрицы, скорее всего, отражает фундаментальную взаимосвязь указанных процессов. В соответствии с гипотезой стереоепецифической стабилизации ко-дон-антикодоновых комплексов эту взаимосвязь определяет способ функционирования декодирующего центра рибосомы, а именно, его
взаимодействие с сахарофосфатным остовом кодон-антикодоновых пар как с единым целым.
Анализ совместного влияния стрептомицина и дезоксистрепто-мин-содержащих антибиотиков неомицина и канамицина на систем трансляции изе.соіі свидетельствует в пользу единого механизма их действия и направленности последнего на один и тот же функциональный участок рибосомы.
Результаты работы имеют теоретическое значение в плане выяснения механизма функционирования декодирующего центра рибосом прокариот, роли сахарофосфатного остова кодон-антикодоиовой пары в процессе отбора аминоацил-тРНК на рибосоме, а также некоторых, особенностей действия аминогликозипных антибиотиков на прокарио-тическую систему трансляции. Изучение трансляции дезоксирибомат-рицы может представлять и определенный практический интерес для разработки биотехнологических долгоработающих бесклеточных систем синтеза белка непосредственно на ДНК-матрице.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, полученных результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы ( 214 названий)/ Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, совержит 21 рисунков.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на II двустороннем симпозиуме СССР-США "Структура эукариотического генома и регуляция его экспрессии" (Тбилиси, 1989 г.), Международном симпозиуме "Регуляция транскрипции" (Рига, 1989 г.), X двустороннем симпозиуме СССР-Франция "Организация и экспрессия эука-риотическпго и прокариотического генома" (Каев, 1990) и представлены в б публикациях.