Здесь я сделаю лирическое отступление и расскажу, что это за субъединицы. Собственно РНК полимераза состоит из двух каталитических субъединиц (бета и бета прайм), которые осуществляют катализ синтеза РНК и двух структурных субъединиц, на которых монтируются каталитические субъединицы (идентичные альфа субъединицы). Фермент в таком виде может осуществлять синтез РНК, но он не может узнавать промоторы генов и тем самым не может инициировать синтез. Для того, чтобы РНК полимераза узнала начало гена и начала транскрипцию (синтез РНК), ей необходима дополнительная субъединица, называемая Сигма. Присоединив эту самую Сигму, РНК полимераза превращается в холо-фермент, который способен инициировать транскрипцию.
Так вот, таких сигма субъединиц в клетке несколько. Есть основная Сигма, которая контролирует большинство генов, чьи продукты нужны постоянно (Сигма-А или Сигма-70 у кишечной палочки), а есть альтернативные Сигма субъединицы, которые используются клетками в разных физиологических условиях, когда нужно активировать огромное количество нужных генов разом. К примеру, такой альтернативной Сигмой является Сигма-32 у кишечной палочки, которая активируется во время теплового стресса и в свою очередь направляет синтез генов, необходимых для защиты от теплового шока.
В данном случае, ученые обнаружили, что овновную роль в мутагенезе при низкой концентрации антибиотиков играет Сигма-S, это Сигма субъединица, которая в целом отвечает за присобление клеток к стрессовым условиям. Если удалить эту Сигму из генома бактерии, клетки перестают увеличивать количество мутантов при обработке антибиотиками. Авторы статьи затем показали, что основным источником мутагенеза является ДНК-полимераза 4. Эта ДНК-полимераза характерна тем, что она используется клетками для синтеза ДНК в области повреждения, когда обычные ДНК-полимераза (1 или 3) застревают на дефектном нуклеотиде. Чтобы геном оставался целым, ДНК-полимераза синтезирует ДНК в этой области, включая обычно Аденозин в точке повреждения, вне зависимости от того, что за нуклеотил там кодируется в норме, и в целом делая гораздо больше ошибок, чем основные ДНК-полимеразы. Клетке нужно выжить, так что некое количество ошибок все равно предпочтительнее гибели.
Тем не менее, наличие активной ДНК-полимеразы 4 само по себе не регулируется активностью Сигма-S. Так что же лежит в основе? Оказалось, в основе лежит не само производство мутантов, которые возникают из за стресса (как следствие активных форм кислорода) произведенного антибиотиками, а в процессе устранения этих мутантов!
Тут мы обращаемся к еще одной систееме бактериальных ферментов - MisMatch Repair или MMR. Эта система распознает участки ДНК, в которых в результате ошибки синтеза вместо правильного комплиментарного нуклеотида (А против У, Г против С) находится неправильный, к примеру А напротив Г. Такие участки в результате последующих циклов синтеза ДНК даже нормальными ДНК-полимеразами дадут мутацию и нуждаются в коррекции. У бактерий (и даже людей) этим занимаются весьма консерватинвные ферменты MutS и MutL. Первый узнает место неправильной пары (там меняется форма структуры ДНК), а второй фиксирует MutS насвоем месте и делает надрез на нитке, которая была недавно синтезирована (и тем самым содержит мутацию). У некоторых организмов функцию надреза выполняет дополнительный фермент (MutH), но я тут подробно останавливаться не буду.
Выяснилось, что у клеток, которые подверглись обработке антибиотиками, количество MutS резко снижается. К чему это приводит? Количество мутантов при стрессе множится, но они не устраняются, тем самым давая клеткам шанс отобрать те мутации, которые будут им полезны. Встает вопрос, а при чем тут Сигма-S? Она же не контролирует MutS, который широко применяется клетками во время нормального синтеза ДНК! Тем не менее, Сигма-S определенно контролирует процесс. Проведя анализ тех генов, что используют промоторы этой Сигмы, ученые заметили, что одна очень интересная РНК (sdsR) находящаяся под контролем Сигмы-S не кодирует белка, но весьма похожа на часть РНК, которая кодирует MutS. Исследователи удалили эту РНК - и бинго! - исчез и эффект накопления мутаций. Эта самая регуляторная РНК является антисмысловой (комплиментарной к кодирующей нитке РНК) для MutS РНК и тем самым образует с ней двойную спираль. А такие двуцепочечные РНК не могут быть использованы для синтеза белка и вообще деградируются ферментами клетки, так как они напоминают геномы РНК-вирусов.
Таким образом, в целом процесс выглядит так: клетки бомбардируются сублетальными дозами антибиотиков, которые приводят к повреждениям ДНК и к активации Сигмы-S. В районе поврежденной ДНК, ДНК-полимераза 4 ведет синтез и оставляет за собой множество ошибочных нуклеотидов. Эти самые ошибки в норме удаляются через MMR, но из за активности Сигмы-S, идет синтез sdsR РНК, которая в свою очередь приводит к деградации матричной РНК MutS, снижая эффективность MMR и приводя к накоплению мутаций. Как только стресс проходит, все возвращается в исходное состояние.
Извиняюсь за длинный научный текст, наверное он интересен только любителям биологии, но вот я решил поделиться.