A 16-3 FÁG SZABÁLYOZÓ RÉGIÓI: REPRESSZOROK ÉS OPERÁTOROK

Hasonló dokumentumok
Bakteriofág és bakteriális represszor vizsgálata in vivo és in vitro módszerekkel

A növény inváziójában szerepet játszó bakteriális gének

Fehérje expressziós rendszerek. Gyógyszerészi Biotechnológia

Ph.D. értekezés tézisei. A c-típusú citokrómok biogenezisében résztvevő fehérjék. szerepe és génjeik szabályozása Sinorhizobium meliloti-ban

A genetikai lelet értelmezése monogénes betegségekben

A szamóca érése során izolált Spiral és Spermidin-szintáz gén jellemzése. Kiss Erzsébet Kovács László

Klónozás: tökéletesen egyforma szervezetek csoportjának előállítása, vagyis több genetikailag azonos egyed létrehozása.

Egy 10,3 kb méretű, lineáris, a mitokondriumban lokalizált DNS-plazmidot izoláltunk a

Hátterükben egyetlen gén áll, melynek általában számottevő a viselkedésre gyakorolt hatása, öröklési mintázata jellegzetes.

Többgénes jellegek. 1. Klasszikus (poligénes) mennyiségi jellegek. 2.Szinte minden jelleg több gén irányítása alatt áll

Kromoszómák, Gének centromer

Egy új toxin-antitoxinszerű modul nem tipikus transzkripciós szabályozása és funkciója Bradyrhizobium japonicumban. Miclea Sebastian Paul

HAPMAP Nemzetközi HapMap Projekt. SNP GWA Haplotípus: egy kromoszóma szegmensen lévő SNP mintázat

AZ IS30 BAKTERIÁLIS INSZERCIÓS ELEM CÉLSZEKVENCIA VÁLASZTÁSÁNAK MOLEKULÁRIS TÉNYEZŐI DOKTORI ÉRTEKEZÉS TÉZISEI SZABÓ MÓNIKA

Domináns-recesszív öröklődésmenet

NANOTECHNOLOGIA 6. előadás

Génszerkezet és génfunkció

Molekuláris genetikai vizsgáló. módszerek az immundefektusok. diagnosztikájában

A 16-3 bakteriofág h génje

A 16-3 FÁG DNS PAKOLÁSÁNAK KULCSFONTOSSÁGÚ ELEMEI

DNS-szekvencia meghatározás

I. A sejttől a génekig

Tudománytörténeti visszatekintés

A bioinformatika gyökerei

12/4/2014. Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció Hershey & Chase 1953!!!

5. Molekuláris biológiai technikák

BIOLÓGIA HÁZIVERSENY 1. FORDULÓ BIOKÉMIA, GENETIKA BIOKÉMIA, GENETIKA

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

A kromoszómák kialakulása előtt a DNS állomány megkettőződik. A két azonos információ tartalmú DNS egymás mellé rendeződik és egy kromoszómát alkot.

TDK lehetőségek az MTA TTK Enzimológiai Intézetben

A 16-3 bakteriofág host-range mutációi

Genetika 3 ea. Bevezetés

Egy Polycomb Response Element (PRE) in situ vizsgálata Drosophila melanogaster-ben génkonverzió segítségével. Kozma Gabriella

Új genetikai stratégia kidolgozása az Arabidopsis stressz válaszát szabályzó gének azonosítására

MODELLORGANIZMUSOK GENETIKÁJA. Drosophila melanogaster, muslica (borlégy)

A termesztett búza diploid őseinek molekuláris citogenetikai elemzése: pachytén- és fiber-fish.

Bakteriális identifikáció 16S rrns gén szekvencia alapján

Johann Gregor Mendel Az olmüci (Olomouc) és bécsi egyetem diákja Brünni ágostonrendi apát (nem szovjet tudós) Tudatos és nagyon alapos kutat

Az anafázis promoting complex (APC/C) katalitikus modulja Drosophila melanogasterben. Nagy Olga

A C. elegans TRA-1/GLI/Ci szex-determinációs faktor célgénjeinek meghatározása és analízise. Doktori értekezés tézisei.

Anyai eredet kromoszómák. Zigóta

A PNP kóroktanának molekuláris vizsgálata Dán Ádám és Rónai Zsuzsanna

A BIOTECHNOLÓGIA TERMÉSZETTUDOMÁNYI ALAPJAI

A preventív vakcináció lényege :

Egy új, a szimbiotikus gümőfejlődésben szerepet játszó ubiquitin ligáz funkcionális jellemzése

A molekuláris biológia eszközei

A BIOTECHNOLÓGIA ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI A GYÓGYSZERKUTATÁSBAN

A TATA-kötő fehérje asszociált faktor 3 (TAF3) p53-mal való kölcsönhatásának funkcionális vizsgálata

A T sejt receptor (TCR) heterodimer

III/3. Gének átvitele vektorokkal

Rh VÉRCSOPORT RENDSZER GENETIKÁJA. Rh ANTIGÉNEK ÉS ANTITESTEK. EGYÉB VÉRCSOPORTRENDSZEREK

SZENT ISTVÁN EGYETEM MIKOFENOLSAV MIKROBIOLÓGIAI ELŐÁLLÍTÁSA, A TERMELŐ MIKROORGANIZMUS JELLEMZÉSE. Doktori értekezés tézisei.

(1) A T sejtek aktiválása (2) Az ön reaktív T sejtek toleranciája. α lánc. β lánc. V α. V β. C β. C α.

DNS reparációs és DNS hiba tolerancia folyamatokat befolyásoló PCNA mutánsok genetikai elemzése

Epigenetikus szabályozó faktorok azonosítása és jellemzése. Drosophila melanogaster-ben

avagy az ipari alkalmazhatóság kérdése biotechnológiai tárgyú szabadalmi bejelentéseknél Dr. Győrffy Béla, Egis Nyrt., Budapest

Szakmai zárójelentés. 1. Strukturális genomika Az RPS13 gén szekvenciájához homológ régió deléciója M. sativa-ban

Silhavy Dániel. A növényi génexpresszió RNS-szintű minőségbiztosítási rendszereinek molekuláris biológiája. című Doktori Értekezésének bírálata.

A GENOM MEGISMERÉSÉNEK MÓDSZEREI

Transzgénikus. nikus állatok. Transzgénikus nikus minden olyan állat, melynek genomja emberi közremk bejuttatott DNS-t t tartalmaz.

Molekuláris biológiai eljárások alkalmazása a GMO analitikában és az élelmiszerbiztonság területén

A géntechnológiát megalapozó felfedezések

Mit tud a genetika. Génterápiás lehetőségek MPS-ben. Dr. Varga Norbert

GENOMIKA TÖBBFÉLE MAKROMOLEKULA VIZSGÁLATA EGYIDŐBEN

Fehérje interakciók az ecetmuslica telomerének retrotranszpozonjain. Takács Sándor

Baktérium- és fággenetika

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

GÉNKLÓNOZÁS ÉS GÉNMANIPULÁCIÓ

FÖLDTULAJDON ÉS FÖLDBIRTOKVISZONYOK ALAKULÁSA AZ EU TAGORSZÁGOKBAN

TÉMAKÖRÖK. Ősi RNS világ BEVEZETÉS. RNS-ek tradicionális szerepben

A Huntington kór patogenezisének vizsgálata Drosophila modell felhasználásával

Genetika. Tartárgyi adatlap: tantárgy adatai

INCZÉDY GYÖRGY SZAKKÖZÉPISKOLA, SZAKISKOLA ÉS KOLLÉGIUM

Az X kromoszóma inaktívációja. A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót

A PKU azért nem hal ki, mert gyógyítják, és ezzel növelik a mutáns allél gyakoriságát a Huntington kór pedig azért marad fenn, mert csak későn derül

Példák a független öröklődésre

Baktériumok és fágok genetikája

Poligénes v. kantitatív öröklődés

Human genome project

A HupSL és Hox1 NiFe hidrogenáz enzimek összehangolt szabályozásának vizsgálata Thiocapsa roseopersicina baktériumban. Ph.D.

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Bakteriofág és bakteriális represszor vizsgálata in vivo és in vitro módszerekkel

Algoritmusok Tervezése. 9. Előadás Genetikus Algoritmusok Dr. Bécsi Tamás

A vas homeosztázis, oxidatív mutagenezis és az antibiotikum rezisztencia evolúciójának kapcsolata

NiFe hidrogenázok és fotoszintetikus rendszer kifejeződését szabályozó szignál transzdukciós mechanizmusok Thiocapsa roseopersicina-ban

Génexpresszió prokariótákban 1

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

Biomassza alapú bioalkohol előállítási technológia fejlesztése metagenomikai eljárással

A vírusok szaporodása (vírusreplikáció)

7. SOKFÉLESÉG. Sokféleség

Genom editálás: Zn-finger nukleázok, Talen, CRISPR- Cas9 rendszerek. Hiripi László Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont

14. Molekuláris genetika

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. A kapszuláris poliszacharid bioszintézis és a 16-3 bakteriofág receptor Sinorhizobium meliloti 41 baktériumban

A bakteriofág másodlagos attachment helyekre való integrációja megváltoztatott specifitású int mutánsok esetén

Transzgénikus állatok előállítása

ADATBÁNYÁSZAT I. ÉS OMICS

Semmelweis Egyetem / Élettani Intézet / Budapest. Bioinformatika és genomanalízis az orvostudományban. Szekvenciaelemzés. Cserző Miklós 2017

TEMATIKA Biokémia és molekuláris biológia IB kurzus (bb5t1301)

Egy multideléciós Escherichia coli törzs előállítása és jellemzése

Vélemény. Dr. Szabó Dóra Béta-laktám rezisztens Gram-negatív baktériumok vizsgálata című doktori értekezéséről.

Átírás:

SZENT ISTVÁN EGYETEM A 16-3 FÁG SZABÁLYOZÓ RÉGIÓI: REPRESSZOROK ÉS OPERÁTOROK Doktori értekezés tézisei Csiszovszki Zsolt Gödöllő 2003

A doktori iskola Megnevezése: Biológiatudományi Doktori Iskola Tudományága: Biológiatudományok Vezetője: Dr. Tuba Zoltán tanszékvezető, egyetemi tanár, az MTA doktora SZIE, Mezőgazdasági- és Környezettudományi Kar Növénytani és Növényélettani Tanszék Témavezető: Dr. Orosz László tanszékvezető, egyetemi tanár, az MTA levelező tagja ELTE Természettudományi Kar Genetikai Tanszék Dr. Tuba Zoltán Iskolavezető.. Dr. Orosz László Témavezető 1

ELŐZMÉNYEK, KITŰZÖTT CÉLOK A mérsékelt bakteriofágok miután megfertőzik a gazdabaktériumot, képesek beépülni annak kromoszómájába, és vele együtt szaporodni. Ezt nevezzük lizogén állapotnak. A lizogén állapotban a profágot hordozó baktérium immunis a homoimmunis bakteriofág felülfertőzéssel szemben. A felülfertőzési immunitást a profág által kódolt represszor fehérje vagy fehérjék okozzák, miközben hozzákötődnek a fágkromoszóma specifikus operátor helyeihez. A represszor kapcsolatba lép a sejtben tartózkodó és a felülfertőző homoimmunis fág DNS-ével, és megakadályozza a vegetatív fágfejlődést. Ezek a represszor rendszerek specificitásuk, szerkezetük és az őket kódoló gének géntérképen elfoglalt helyük alapján különbözhetnek egymástól, mégis a genetikai analízissel vizsgált mérsékelt bakteriofágok nagy része két fő típusba sorolható: az egy immunitási régióval rendelkező bakteriofágok (pl. a legjobban ismert és tanulmányozott λ fág), és a két immunitási régióval rendelkező bakteriofágok (őstípusuk a Salmonella P22 fágja) csoportjába. Az irodalomban mind a két csoportba tartozó Gram pozitív és negatív fágtörzseket is leírtak. A P22 fág komplex immi régiója a C2 represszor antagonistáját (Ant antirepresszor fehérje) kódolja, valamint az antirepresszor expresszióját szabályozó fehérjéket (Mnt, Arc). Ennél összetettebb immunitási rendszert tartalmaz a P1 fág, amelyben a három immunitási régió komplex hálózatot alkotva működik. A 16-3 fág a Rhizobium meliloti mérsékelt bakteriofágja. Immunitási rendszerét három különböző régióra térképezték: immc, immx és avirt régió. Az immc régió szerkezete és működése jól ismert. Az immc régióban található c gén egy tipikus represszor fehérjét kódol. A c gén mellett az általa szabályozott operátorok találhatók. A c cisztron mutációi a fág clear fenotípusát okozzák. A C represszor szekvenciaspecifikus DNS-kötésre képes. Hélix-turn-hélix operátor felismerő motívuma jelentős homológiát (részben keresztműködést is) mutat a 434 colifág CI represszor hélix-turn-hélix motívumával. Az operátorok szintén hasonló felépítésűek. 2

A másik két elemről, immx-ről és avirt-ről, keveset tudtunk. Az immc és immx régió együtt nagyon erős immunitást biztosít a gazdasejtnek a felülfertőző homoimmunis bakteriofágokkal szemben. A fágtitert 7-9 nagyságrenddel csökkentik. Az immx és az immc régió önmagában is drasztikusan, 5-6 nagyságrenddel csökkenti a fágszaporodást. Az immc-hez hasonlóan immx szintén represszoraktivitást fejt ki, de még nem azonosították mutáns fenotípusát. Az avirt helyet a korai gének közelébe térképezték. Funkciója nem ismert. Egy részletesebben tanulmányozott mutáns allélt (avirt 1-9 ) tartalmazó 16-3 fág, képes volt immx jelenlétében szaporodni és kisebb mértékben ugyan, de immc jelenlétében szintén. Mindezek alapján a doktori témám a 16-3 fág immunitás komplexitásának feltárásához kapcsolódott, azon belül is az immx régióhoz kisebb mértékben az immc régióhoz. Célunk az immx régió szerkezetének megismerése, azaz a szabályozásban résztvevő transz elemek (pl. represszorok és más molekulákat kódoló részek) és cisz elemek (aktív DNS-felszínek, pl. operátorok, promóterek) leírása volt. Fontosnak tűnt az immx és immc régiók kölcsönhatásának felmérése. ANYAGOK ÉS MÓDSZEREK Élő anyagok és mikrobiológiai technikák A klónozási munkák során és a konjugációs kísérletekben a plazmidok donorjaként az Escherichia coli DH5α törzset használtuk. A 16-3 fág kísérletekben és a konjugációban recipiensként a fág természetes gazdáját, a Rhizobium meliloti 41-et használtuk. A 16-3 fág technikákat (szaporítási feltételek, konjugáció, immunitási teszt, marker rescue analízis, fágkeresztezés, mutáns fágtörzsek készítése) a szakirodalomban leírt eljárások alapján hajtottuk végre. Molekuláris biológiai eljárások Nukleinsavak izolálásában és manipulációjában (nukleinsav tisztítás, restrikciós endonukleázokkal történő hasítás, elektroforetikus elválasztás, plazmid 3

vektorba klónozás, polimeráz láncreakció, hibridizációs technikák, szekvenálás) és a teljes fehérjeanalízis során a molekuláris biológiában általánosan használt, valamint a gyártó cégek által javasolt eljárásokat követtük. EREDMÉNYEK Az immx gén térképezése és klónozása A korábbi tanulmányok alapján az immx gént a 16-3 fágkromoszóma EcoRI L és H fragmentjére helyezték. Ebből az előzményből kiindulva az immx gén helyét sikerült beszűkítenünk egy 442 bp-os szakaszra, amely magában foglalja az EcoRI(41) helyet. A 442 bp-os szakasz teljes immunitási (ImmX) funkciót biztosít a hordozó sejtekben transz helyzetben. Ezt mutatja a felülfertőző 16-3 fág plakk-képzési hatékonyságának (e.o.p.) 5-7 nagyságrenddel való csökkenése. Meghatároztuk a szakasz bázissorrendjét és találtunk két ORF-et, amelyek 116 és 127 kodonból állnak. A két ORF azonos frame-ben van, de ellentétes polaritású. Az ImmX funkció génjét két átfedő cisztron kódolja A 442 bp-os szakasz (transz helyzetben) által kódolt fehérje vagy fehérjék immunitást biztosítanak, ugyanakkor 4 bp inszerció az ORF116/127-ben megszünteti az immunitást. Annak érdekében, hogy meghatározzuk az aktív fehérjé(ke)t, megvizsgáltuk a kérdéses szakaszt hordozó Rhizobium törzs fehérjeexpresszióját. A szakaszról két fehérje termelődött, amelyeket SDS-PAGE-val azonosítottunk és meghatároztuk az N-terminális aminosav sorrendjüket. A fehérjék megfeleltek az ORF116 és ORF127 cisztronoknak. Az ORF127 cisztron követi az általános szabályt és ATG kezdőkodonja van, ugyanakkor az ORF116 cisztronnak CTG kezdőkodonja van, amely gyakori a Rhizobiumokban. A 4 bp inszerciót tartalmazó allélről nem expresszálódott fehérje. A két fehérje működésének bizonyítása érdekében különböző mutációkat hoztunk létre specifikus helyeken a két ORF-ben. Az ORF127-et tönkretettük úgy, 4

hogy a 45. kodonját megváltoztattuk (arginin stop) egy nonsense (opal) mutációra. Ez a változás az ORF116-ban szinoním kodon (szerin, TCG TCA) beépüléséhez vezetett. Egy másik plazmidban az ORF116-ot tettük tönkre úgy, hogy a 10. kodonját változtattuk meg (glutaminsav stop) egy nonsense (amber) mutációra. Ez a változás az ORF127-ben szinoním kodon (leucin, CTC CTA) beépüléséhez vezetett. Egy harmadik plazmidban mind a két cisztront elrontottuk 4 bp-os inszercióval, amely frameshift mutációt okozott. Mind a három mutáció tönkretette az immunitási funkciót, tehát az ImmX funkciót a két cisztron (két fehérje), X U és X L (megfelelnek az ORF116-nak és ORF127-nek) kódolja. A fehérjeexpresszió a mutációs analízis eredményeivel összhangban megerősítette a két fehérje létezését. Érdemes megjegyezni, hogy DNS- és fehérjeszinten ez idáig nem találtunk az X U és X L cisztronokhoz hasonlót az adatbázisokban (EMBL, SwissProt, PDB). A mutáns immx gént tartalmazó Km r transzdukáló fágok Km r -t okozó kazettát építettünk az X U és X L cisztronba a nem átfedő régióba, hogy a két cisztron működését inaktiváljuk. Ezt követően az allélikus variációkat a 16-3 fág kromoszómájára vittük, így Km r transzdukáló mutáns fágok keletkeztek (16-3cti3Km R -U463 and 16-3cti3Km R -L469). Az előzőekhez hasonlóan egy harmadik immx mutáns allélt készítettünk a Km r kazetta X U és X L átfedő régiójába való építésével, ezáltal mind a két cisztront elrontottuk (16-3cti3Km R 6-1). Ezek a mutációk nem voltak letálisak. A mutáns fágtörzsek normál turbid plakkot képeztek R. meliloti 41 pázsiton, a 16-3cti3-hoz viszonyítva kicsit eltérő külső megjelenéssel. Mind a három mutáns fág képes volt lizogenizálni, azaz képes volt beépülni a baktériumkromoszómába a 16-3 int/att integratív rekombinációs útvonalon. Habár az immx mutánsok immc régiója intakt volt, az őket profágként hordozó Rhizobium törzsek szenzitívek voltak a homoimmunis fág felülfertőzésre. A 16-3cti3 fág magas e.o.p. értéket adott, tehát jól szaporodott ezeken a lizogén törzseken. Továbbá a mutáns törzsek ImmX funkcióra érzékenyek voltak, azaz nem szaporodtak R. meliloti 41(16-3cti3) lizogén, vagy R. meliloti 41(immX) törzseken. 5

Genetikai komplementáció az X U és X L mutánsok között A következtetésünket, vagyis, hogy az ImmX funkciót két cisztron működése adja, megvizsgáltuk a Km R -U463, Km R -L469, Km R 6-1 alléleket (immx knock out ) hordozó Km r transzdukáló és X U/L vadtípusú allélt hordozó fágokkal (16-3cti4Sp4) folytatott genetikai komplementációs teszttel. Két különböző kettős lizogén R. meliloti 41 törzset készítettünk, amelyek tartalmazták az X U és X L alléleket (X U+L+ /X U-L- ) cisz heterozigóta felállásban a R. meliloti 41 (16-3cti4Sp4, 16-3cti3Km R 6-1) törzsben és az alléleket (X U-L+ /X U+L- ) transz heterozigóta felállásban a R. meliloti 41(16-3cti4Sp4Km R -U463, 16-3cti3Km R -L469) törzsben. A két kettős lizogén törzset teszteltük a felülfertőzési immunitásra, azaz az ImmX funkcióra. A cisz és transz heterozigóták immunisak voltak a felülfertőző 16-3cti3 és 16-3cti4Sp4 törzsekkel szemben, de érzékenyek voltak a teszter ImmX inszenzitív 16-3v17-1 törzzsel szemben. A tesztek megerősítették, hogy az ImmX funkció genetikai hátterében a két cisztron áll (X U és X L ), mivel X U és X L mutánsok komplementálták egymást transz helyzetben, vagyis az ImmX funkció teljesen helyreállt a transz kettős lizogénekben. Az ImmX inszenzitivitáshoz vezető mutációk térképezése Miután bizonyítottuk a két cisztron részvételét az ImmX funkcióban, elkezdtük keresni az ImmX represszorok célszekvenciáit. Különösen azok a helyek érdekeltek minket, amelyek az immx gének közelében lehetnek. Ez a hely nem lehet avirt 1-9, amelyet a 16-3 kromoszómájának másik felére térképeztek. Mivel az immx gének a Km r kazettával fizikailag jelölve voltak, következésképpen a Km r kazetta jó genetikai markerként szolgált a fágkeresztezésekben. Azt reméltük, hogy az immx génekhez kapcsolt mutációkat szekvenciaszinten azonosítani tudjuk. Megvizsgáltuk a virulens (vir) mutánsaink szaporodását klónozott immx géneket vagy immc gént hordozó Rhizobium törzseken. A tesztelő baktériumtörzsek a R. meliloti 41(immX+, alacsony kopiaszámú plazmidban) és R. meliloti 41(immX+++, magas kópiaszámú plazmidban) törzsekben immx géneket, a R. meliloti 41(immC) törzsben immc gént tartalmaztak. A 16-3 vir mutáns törzsek ezeken a baktériumpázsitokon szaporodtak, 6

viszont a vadtípusú 16-3 törzs és a clear fenotípust okozó 16-3cti4Sp4 (mutáció a c cisztronban) mutáns törzs nem (a korábbi tanulmányokkal összhangban). A plakkok megjelenése és mérete valamint az e.o.p. értékek nagy változékonyságot mutattak ImmX fehérje jelenlétében. Az ImmX szenzitivitás/inszenzitivitás fenotípus a 16-3 kromoszóma egy nagyobb régiójába való rendeléséhez hárompontos térképezést csináltunk a vir törzsek 16-3v17, 16-3v17-1 (ImmX inszenzitív) és avir 16-3cti3Km R 6-1 (ImmX szenzitív) törzs keresztezésének segítségével. Először a rekombináns fágokat szűrtük Southern hibridizációval az intakt immc (16-3cti3Km R 6-1 szülő DNS-markere) és intakt immx (azaz a Km r kazetta hiányára, a vir szülők DNS-markere) régióra. A 16-3v17-1-es keresztezésből több mint 108 random kiválasztott utódból 14-nek volt intakt immc és immx régiója. A 16-3v17-es keresztezésben ez az arány 4/72 volt. Ezt követően a rekombinánsokat teszteltük az ImmX szenzitivitás/inszenzitivitás fenotípusra (ez volt a nem szelektív marker). Az összes rekombináns (14/14; 4/4) szaporodott ImmX-et expresszáló törzsön (R. meliloti 41(immX+)) és turbid (cti3) plakkokat képeztek R. meliloti 41 törzsön (azaz intakt immc régióval rendelkeztek és ImmX inszenzitív fenotípusúak). Az eredmény azt mutatta, hogy az ImmX szenzitivitás/inszenzitivitás kapcsolt a Km r markerhez, tehát kapcsolt az immx génekhez. Továbbá a rekombinánsokban az ImmX inszenzitív fenotípus megnyilvánulása az immc régió működésétől való függetlenséget mutatja. Az immc régióban delécióval és az intakt immc régióval rendelkező fágtörzs párok azonos mértékben szaporodtak ImmX-et termelő R. meliloti törzseken. A fágkeresztezés eredményét megerősítettük a 16-3v17-1 és 16-3v17 fágkromoszómákon végzett marker rescue analízissel. Csak az immx géneket hordozó kozmid klón és a két vir szülő kromoszómája között lezajlott kettős rekombináció eredményezett olyan utódokat (16-3v17-tel 6/2500, 16-3v17-1-el 4/2500 volt ezek száma), amelyek nem voltak képesek ImmX jelenlétében szaporodni (ImmX szenzitívek voltak). 7

Az ImmX inszenzitivitást okozó mutációk az immx gének mellett vannak Az ImmX inszenzitivitást okozó mutációk finomtérképezését szintén marker rescue kísérletekkel végeztük. A 16-3v17-1 törzs klónozott fragmentjeit kereszteztük a 16-3cti3 kromoszómával. A 16-3v17-1-ből származó ImmX inszenzitivitást tartalmazó régió könnyedén beépült a 16-3cti3 kromoszómába (kettős rekombinációval). A rekombinánsok a fágkromoszóma egy 1302 bp-os szakaszán belül tartalmazták a keresett mutációt. Meghatároztuk a szakasz bázissorrendjét és három mutációt (X V1, X V2, X V3 ) találtunk az X U/L cisztronokon kívül, szorosan mellettük: X V1, X V2, X V3 mutációkat a 16-3v17-1-ben; X V1, X V3 mutációkat a 16-3v17-ben. Ugyanezt a kromoszómaszegmentet izoláltuk PCR segítségével három különböző eredetű virulens törzsből. Az X V1 és X V3 mutációk kombinációját azonosítottuk a mutánsokban. Az ImmX inszenzitivitás fenotípus erős expressziója figyelhető meg az X V1 és X V3 mutációt hordozó kettős mutánsokban. Az X V2 tovább növeli az X V1 és X V1, X V3 mutációk kifejeződését. Új tudományos eredmények 1. Azonosítottuk az X U/L és X V elemeket. Ezek az elemek egyediek az adatbankok szerint. 2. Az X U és X L két cisztron, és az ImmX represszor funkcióhoz mindkettő kell. Transz elemek, amelyek komplementálják egymást. 3. Megállapítottuk, hogy X V1, X V2, X V3 cisz elemek, és megállapítottuk a fenotípusuk hierarchikus rendjét. 4. Bioinformatikailag feldolgoztuk az immx (EcoRI L és H) régiót. 5. Megállapítottuk, hogy immx működéséhez nem kell immc. 6. Megállapítottuk immx és immc episztatikus viszonyát, ami immx immc működési sorrendet ad ki, azaz immx előbb lép be az immunitás felé vezető genetikai útvonalon, mint immc (lásd később). 7. Kifejlesztettük a Km r kazetta mutagenezis eljárást, amely lehetővé tette komplementációs és rekombinációs analízisek megvalósítását fágmutánsokkal. Az eljárás általánosítható és elvben a legkülönbözőbb génekre alkalmazható. 8

KÖVETKEZTETÉSEK ÉS JAVASLATOK A dolgozatom bepillantást nyújt a R. meliloti 16-3 fágjának egy komplex szabályozó régiójába. Az immx régió közreműködik a homoimmunis fág felülfertőzéssel szembeni immunitásban. Az immx régiót két részre osztottuk, X U/L és X V régióra. Az X U/L régió két átfedő cisztront tartalmaz, X U -t és X L -t, amelyek két fehérjét kódolnak, px U -t és px L -t. Az X V régió a két fehérje célszekvenciájaként működik. A mai napig nem találtunk az adatbázisokban az immx régióhoz homológ szekvenciát sem DNS-, sem fehérjeszinten (EMBL, SwissProt, PDB). Az X V régióban azonosított mutációk legyőzik az X U/L repressziót. Ezek a mutációk cisz eleme(ke)t határoznak meg. Az X V3 mutáció környezetében lévő szekvencia represszor kötőhelyek ismertetőjegyeit hordozza. A mutáns X V3 helynél lévő CG TA báziscsere a szekvenciarészlet 5 -ATGGCCGGGCAT-3 to 5 -ATGGCCGGGTAT-3 fordítottan ismétlődő szimmetriáját gyengíti. A három feltételezett operátor kötőhely között 11 és 9 bp térköz található, ezáltal a rajtuk megkötődő fehérjék a DNS azonos felszínére esnek. Ez az elrendeződés jellemző a dimereket képező represszorok kötőhelyeire, amely represszorok egymással kooperatív kötést alakítanak ki. A kötőhelyek (X V3 és X V1 sem, lásd később) nem hasonlítanak az O R és O L operátor kötőhelyekhez (5 -ACAA-4/6 bp-ttgt-3 ), amelyekhez a 16-3 C represszor köt. Az X V1 környezetében lévő szekvenciát (5 - CGACCGATCGCTGTCGTTTTATT-3 ) kétféle módon lehet kiértékelni. Az első 16 bp-os részlet egy erős palindrom szimmetriát tartalmaz, mint X V3 és lehet, hogy fehérje kötőhelyként működik. Viszont a teljes szekvencia a transzkripciója után (mrns) egy Rho független terminátor struktúrát tud kialakítani. Az X V1 mutáció a 13. és 14. pozícióban található és gyengítheti a feltételezett kötőhely és a feltételezett stem-loop stabilitását. Az X V2 mutációt önmagában hordozó fágokat nem sikerült izolálnunk. A mutációval átfedő DNS-szekvencia nem adott segítséget számunkra a funkciót illetően. Az X V2 mutáció az ImmX inszenzitivitás kifejeződését növelte, ha hozzáadódott az X V1 vagy a X V1 X V3 kettős mutációhoz. Az e.o.p. adatokra gyenge 9

hatással volt, annál erősebb a hatása a plakkmorfológiára. Az X V2 -őt tartalmazó mutánsok (X V2 X V1 vs. X V1, és X V3 X V2 X V1 vs. X V3 X V1 ) jelentősen nagyobb és kifejezettebb plakkot képeztek az ImmX-et termelő baktériumpázsiton. Az X U vagy X L ciszronban okozott mutáció tönkretette az ImmX által kifejtett immunitást. Az immunitási funkció helyreállt a R. meliloti 41(16-3cti3Km R -L469, 16-3cti4Sp4Km R -U463) kettős lizogénben, vagyis az X U és X L mutáns profágok komplementálták egymást transz helyzetben. A genetikai analízisünk eredménye megegyezett azzal a ténnyel, hogy a két cisztron együtt vesz részt az immunitás kialakításában. Vajon a cisztronok függetlenül egyszerű additív módon, vagy komplex struktúrát alkotva kooperatívan működnek, ennek kiderítése további kísérleteink feladata. Számos mérsékelt bakteriofágnak két immunitási régiója van. Az egyik régió, amelyet immc-nek neveznek (clear plakk fenotípus hozzárendelhető), szerkezeti és szekvencia hasonlóságot mutat a λci régióhoz. A második immunitási régió, a 16-3- ban az immx (P22-ben az immi), sokkal változatosabbnak tűnik. A 16-3 fág második immunitási régiója, immx, egyedi. Nem mutat sem szerkezeti, sem szekvencia hasonlóságot más két immunitási régióval rendelkező bakteriofágokhoz. Munkánk során elsődlegesen a 16-3 fág immx régiójának szerkezeti és funkcionális feltárását tartottuk szem előtt és kevésbé vizsgáltuk az immc régió működésével való kapcsolatát. A kísérleti eredmények azonban egy bizonyos hierarchikus viszonyt mutatnak ki a két régió között. Az immx mutáns fágok turbid fenotípust mutatnak, ez jelzi az immc aktivitást, ugyanakkor az immximmc mutáns fágok clear fenotípust mutatnak. Ez azt mutatja, hogy immc funkciója episztatikus viszonyban van immx működésével. A szabályozó génekre vonatkozó episztázis szabályokat alkalmazva, amely szerint episztatikus gén downstream helyezkedik el a hiposztatikussal szemben, nos a 16-3 immc és immx-ről azt mondhatjuk, hogy a lizogén állapot felé vezető genetikai útvonalon (génműködés kaszkádja) az immx a hiposztatikus elem, tehát megelőzi immc működését. Nem tudjuk megmondani, hogy az ImmC és ImmX milyen arányban vesznek részt a lizogénia megteremtésében és fenntartásában. A R. meliloti 41(16-3cti3) hőindukálhatósága és az X U/L mutáns (Km r 10

inszerciós mutánsok) profágokat tartalmazó lizogén állapotú baktériumok immunitásának hiánya azt mutatja, hogy a lizogénia fenntartásában mind a két régiónak szerepe van. Az avirt hely az a cisz elem lehet, ahol a C és X represszorok kölcsönhatnak egymással. Ezt igazolja 16-3c + avirt 1-9 fágmutáns, amelyre ImmX represszor nincs hatással és ImmC sem. Az avirt hely funkcióját ez idáig nem ismerjük. A 16-3c + avirt 1-9 mutáns fág turbid plakkokat képez R. meliloti 41 lizogén pázsiton ugyanúgy, mint a 16-3cti3X V mutánsok, viszont az előbbi sokkal instabilabb. A 16-3c + avirt 1-9 turbid plakkok 2-3 nap után feltisztulnak és a lizogén szaporodó kultúrájuk lizál. A 16-3 lizogénia genetikai analízise alapján levonható az a következtetés, hogy a 16-3 fág legyőzze a lizogén sejtek immunitását legalább két mutáns elem kombinációjára van szüksége: mutáns immc és mutáns X V, vagy mutáns immc és mutáns avirt régióra. A következőkben törekvéseink a két szabályozó régió részletes funkcionális elemzésére irányulnak. 11

AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉHEZ KAPCSOLÓDÓ KÖZLEMÉNYEK Szakcikkek lektorált folyóiratokban: Csiszovszki Zs., Zs. Buzás, Sz. Semsey, T. Ponyi, P. P. Papp, and L. Orosz. (2003) immx immunity region of Rhizobium phage 16-3: two overlapping cistrons of repressor function. Journal of Bacteriology. 185:4382-4392. Papp P. P., T. Nagy, Sz. Ferenczi, P. Élő, Zs. Csiszovszki, Zs. Buzás, A. Patthy and L. Orosz (2002) Binding sites of different geometries for the 16-3 phage repressor. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99:8790-8795. Nemzetközi konferencián bemutatott poszterek Csiszovszki Zs., Zs. Buzás, Sz. Semsey, P. P. Papp, L. Orosz. (2003) Identification of the cis and trans regulatory elements in the immx immunity region of Rhizobium meliloti temperate phage 16-3. Poster. American Society for Microbiology 103rd General Meeting. Washington, USA, május 18-22. Abstract, 390. o. Ganyu A., Z. Csiszovszki, L. Orosz and P. P. Papp. (2003) Identification of the cohesive ends and genes encoding the terminase of phage 16-3. Poster. Molecular Genetics of Bacteria and Phages, Madison, WI, USA, augusztus 5-10. Abstract, 282. o. Hazai konferencián elhangzott előadások: Csiszovszki Zs., Papp P. P., Orosz L. (2003) A 16-3 fág immx szabályozó régiója. Előadás. V. Magyar Genetikai Kongresszus. Siófok, április 13-15. Összefoglaló, 30. o. Csiszovszki Zs., Papp P. P., Orosz L. (2002) A 16-3 fág immx szabályozó régiója. Előadás. MBK Napok. Gödöllő, október 2-3. Nagy T., Élő P., Csiszovszki Zs., Papp P. P., Orosz L. (1997) A Rhizobium meliloti 16-3 fágjának represszora szerkezetileg különböző operátorokon szabályoz. Előadás. A Magyar Biokémiai Egyesület Molekuláris Biológiai Szakosztálya 2. Munkaértekezlete. Lillafüred, május 13-16. Összefoglaló, 134. o. 12

Hazai konferencián bemutatott poszterek Csiszovszki Zs., Papp P. P., Orosz L. (2002) A 16-3 fág immunitás régiójának vizsgálata. Poszter. A Magyar Biokémiai Egyesület Molekuláris Biológiai Szakosztálya 7. Munkaértekezlete. Keszthely, május 14-17. Összefoglaló, 122. o. Csiszovszki Zs., Orosz L., Papp P. P. (2000) A 16-3 fág immunitás régiójának vizsgálata. Poszter. A Magyar Biokémiai Egyesület Molekuláris Biológiai Szakosztálya 5. Munkaértekezlete. Sopron, május 8-11. Összefoglaló, 136. o. Csiszovszki Zs., Orosz L., Papp P. P. (1999) A 16-3 fág immunitás régiójának vizsgálata. Poszter. IV. Magyar Genetikai Kongresszus. Siófok, április 11-14. Összefoglaló, 124. o. 13