SOS odgovor

SOS odgovor ili SOS-podgovor je globalni odgovor na oštećenje DNK u kojem je ćelijski ciklus zaustavljen i inducirane popravka DNK i mutageneza. Sistem uključuje RecA protein (Rad51 kod eukariota). Protein RecA, stimuliran jednolančanom DNK, uključen je u inaktivaciju represora (LexA) gena SOS odgovora i na taj način indukujući odgovor. To je sistem popravka sklon greškama koji značajno doprinosi promjenama DNK uočenim u širokom spektru vrsta.

SOS sistem E. coli: DNK može biti oštećena agensima za umrežavanje, UV zračenjem, alkilirajućim agensima, itd. Jednom oštećena, RecA, LexA proteaza, osjeti oštećenu DNK i aktivira se uklanjanjem njenog represora. Kada se ukloni LexA dimerni represor, ekspresija LexA operona je autoregulatorna. Osim što je LexA proteaza, RecA protein, također katalizira nekoliko novih DNK reakcija kao što je aneliranje jednolančane DNK i prijenos lanaca. SOS sistem ima poboljšane kapacitete za popravak DNK, uključujući eksciziju i popravak nakon replikacije, poboljšanu mutagenezu, indukciju profaga. Sistem također može inhibirati diobu ćelija i ćelijsko disanje.^[1]

SOS odgovor je predložen kao model za bakterijsku evoluciju određenih tipova rezistencija na antibiotike.^[2]

Otkriće

SOS odgovor je otkrio i nazvao Miroslav Radman 1975. godine.^[3]

Mehanizam

Tokom normalnog rasta, SOS geni su negativno regulisani dimerima LexA represorskog proteina. U normalnim uslovima, LexA se vezuje za konsenzusnu sekvencu od 20 bp (SOS-kutija) u operaterskoj regiji za te gene. Neki od ovih SOS gena su izraženi na određenim nivoima čak i u potisnutom stanju, u skladu sa afinitetom LexA za njihovu SOS kutiju. Aktivacija SOS gena dešava se nakon oštećenja DNK, akumulacijom jednolančanih (ssDNA) regiona nastalih na replikacijskim viljuškama, gdje je DNK polimeraza blokirana. RecA formira filament oko ovih ssDNK regiona na način ovisan o ATP-u i postaje aktiviran.^[4] Aktivirani oblik RecA stupa u interakciju s represorom LexA, kako bi olakšao samocijepanje LexA represora od operatera.^[4][5]

Once the pool of LexA decreases, repression of the SOS genes goes down prema nivou LexA afiniteta za SOS kutije.^[4] Operatori koji slabo vezuju LexA prvi su u potpunosti izraženi. Na ovaj način LexA može sekvencijalno aktivirati različite mehanizme popravke. Geni koji imaju slab SOSbox (kao što su lexA, recA, uvrA, uvrB i uvrD) su u potpunosti inducirani kao odgovor čak i na slab SOS-induciranje tretmani. Stoga je prvi mehanizam popravke SOS koji se indukuje je nukleotidn ekscizijska popravka (NER), čiji je cilj da popravi oštećenje DNK bez obaveze za punopravni SOS odgovor. Ako, međutim, NER nije dovoljan da popravi oštećenje, koncentracija LexA se dodatno smanjuje, pa je indukovana ekspresija gena sa jačim LexA kutijama (kao što su sulA, umuD, umuC - oni se kasno eksprimiraju).^[4] SulA zaustavlja ćelijska dioba^[4] vezivanjem za FtsZ, inicirajući protein u ovom procesu. Ovo uzrokuje filamentaciju, i indukciju mutagene popravke ovisno o UmuDC. Kao rezultat ovih svojstava, neki geni mogu biti djelimično inducirani kao odgovor čak i na endogene nivoe oštećenja DNK, dok se čini da su drugi geni inducirani samo kada je u ćeliji prisutna velika ili uporna oštećenja DNK.

Otpornost na antibiotike

Istraživanja su pokazala da SOS sistem odgovora može dovesti do mutacija koje mogu dovesti do otpornosti na antibiotike.^[6] Povećanu stopu mutacija tokom SOS odgovora uzrokuju tri niske vjernosti DNK-polimeraza: Pol II, Pol IV i Pol V.^[6][7] Istraživanja sada tretiraju ove proteine s ciljem stvaranja lijekova koji sprječavaju SOS popravak . Time bi se moglo produžiti vrijeme potrebno da patogene bakterije razviju otpornost na antibiotike, čime bi se poboljšala dugoročna održivost nekih antibiotskih lijekova.^[8]

Osim genetićke rezistencije, SOS odgovor može također promovirati fenotipsku rezistenciju. Ovdje je genom konzerviran, dok se drugi negenetički faktori mijenjaju kako bi se omogućilo bakterijama da prežive. SOS ovisan tisB-istR sistem toksin-antitoksin je, naprimjer, povezan sa indukcijom perzisterske ćelije, ovisnom od oštećenja DNK.^[9]

Testiranje genotoksičnosti

Pregled upotrebe SOS odgovora za ispitivanje genotoksičnosti

U Escherichia coli različite klase agenasa koji oštećuju DNK mogu pokrenuti SOS odgovor, kao što je gore opisano. Koristeći prednost fuzije operona stavljajući lac operon (odgovoran za proizvodnju beta-galaktozidaze, proteina koji razgrađuje laktozu) pod kontrolu proteina povezanog sa SOS, moguć je jednostavan kolorimetrijski test za genotoksičnost . Bakteriji se dodaje analog laktoze, koji se zatim razgrađuje beta-galaktozidazom, čime se proizvodi obojeno jedinjenje koje se može kvantitativno izmjeriti spektrofotometrijom. Stepen razvoja boje je indirektna mjera proizvedene beta-galaktozidaze, koja je sama po sebi direktno povezana s količinom oštećenja DNK.

E. coli su dalje modificirali, kako bi imali brojne mutacije, uključujući mutaciju uvrA koja čini soju manjkavim u popravci ekscizije, povećavajući odgovor na određene agense koji oštećuju DNK, kao i rfa mutaciju, koja čini bakteriju manjkavom u lipopolisaharidima, omogućavajući bolju difuziju određenih hemikalija u ćeliju kako bi se indukovao SOS odgovor.^[10] Komercijalni kompleti koji mjere primarni odgovor ćelija E. coli do genetičkog oštećenja su dostupne i mogu biti u velikoj korelaciji sa Amesovim testom za određene materijale.^[11]

Dodatne slike

• 
  SOS odgovor inhibira formiranje septuma sve dok se bakterijska DNK ne može popraviti i vidljiva je kao filamentacija kada se ćelije pregledaju mikroskopski (gore desno na slici).

Također pogledajte

• Indukcija lambdafagne lize

Vanjski linkovi

Reference

1. Little JW, Mount DW (maj 1982). "The SOS regulatory system of Escherichia coli". Cell. 29 (1): 11–22. doi:10.1016/0092-8674(82)90085-X. PMID 7049397. S2CID 12476812.
2. Michel B (juli 2005). "After 30 years of study, the bacterial SOS response still surprises us". PLOS Biology. 3 (7): e255. doi:10.1371/journal.pbio.0030255. PMC 1174825. PMID 16000023.
3. Radman, M (1975). "Phenomenology of an inducible mutagenic DNA repair pathway in Escherichia coli: SOS repair hypothesis". Basic Life Sciences. 5A: 355–367. doi:10.1007/978-1-4684-2895-7_48. PMID 1103845.
4. Maslowska, K. H.; Makiela-Dzbenska, K.; Fijalkowska, I. J. (maj 2019). "The SOS system: A complex and tightly regulated response to DNA damage". Environmental and Molecular Mutagenesis. 60 (4): 368–384. doi:10.1002/em.22267. PMC 6590174. PMID 30447030.
5. Nelson DL, Cox MM (April 2004) Lehninger Principles of Biochemistry 4th Edition. New York: W.H. Freeman and Company. page 1098.
6. Cirz, RT; Chin, JK; Andes, DR; De Crécy-Lagard, V; Craig, WA; Romesberg, FE; et al. (juni 2005). "Inhibition of mutation and combating the evolution of antibiotic resistance". PLOS Biology. 3 (6): e176. doi:10.1371/journal.pbio.0030176. PMC 1088971. PMID 15869329.
7. Jaszczur, M; Bertram, JG; Robinson, A; van Oijen, AM; Woodgate, R; Cox, MM; Goodman, MF (april 2016). "Mutations for Worse or Better: Low Fidelity DNA Synthesis by SOS DNA Polymerase V is a Tightly-Regulated Double-Edged Sword". Biochemistry. 55 (16): 2309–2318. doi:10.1021/acs.biochem.6b00117. PMC 4846499. PMID 27043933.
8. Lee, AM; Ross, CT; Zeng, BB; Singleton, SF; et al. (juli 2005). "A molecular target for suppression of the evolution of antibiotic resistance: Inhibition of the Escherichia coli RecA Protein by N6-(1-Naphthyl)-ADP". Journal of Medicinal Chemistry. 48 (17): 5408–5411. doi:10.1021/jm050113z. PMID 16107138.
9. Dörr, T; Vulić, M; Lewis, K (februar 2010). "Ciprofloxacin Causes Persister Formation by Inducing the TisB toxin in Escherichia coli". PLOS Biology. 8 (2): e1000317. doi:10.1371/journal.pbio.1000317. PMC 2826370. PMID 20186264.
10. Quillardet P, Hofnung M (oktobar 1993). "The SOS chromotest: A review". Mutation Research. 297 (3): 235–279. doi:10.1016/0165-1110(93)90019-J. PMID 7692273.
11. Quillardet P, Hofnung M (juni 1985). "The SOS chromotest, a colorimetric bacterial assay for genotoxins: validation study with 83 compounds". Mutation Research. 147 (3): 79–95. doi:10.1016/0165-1161(85)90021-4. PMID 3923333.