Fago lambda: differenze tra le versioni

Versione delle 11:35, 4 mag 2010

Versione delle 00:52, 6 lug 2010

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'''''Enterobacteria fago λ''''' (detto più comunemente '''fago lambda''') è un [[batteriofago]] temperato che infetta [[Escherichia coli]].

== Ciclo vitale del fago lambda ==

Una volta che il fago fa il suo ingresso nell'[[ospite (biologia)|ospite]], il suo genoma può integrarsi all'interno del genoma dell'ospite stesso. In questo caso, λ è chiamato ''profago'', e risiede all'interno dell'ospite apparentemente senza arrecare danno. In questa fase il profago duplica con la duplicazione del DNA dell'ospite, che avviene prima di ogni divisione cellulare. Questa fase è quella definita [[Ciclo litico e lisogeno|lisogena]]: il DNA del fago che viene espresso (cioè tradotto in [[proteina]]) in questa fase genera stress alla cellula. La cellula si trova con una netta carenza di energia disponibile, tossine (ad esempio [[antibiotici]]) ed altri fattori che danneggiano la cellula fino a produrle una chiara sofferenza. In questa fase il metabolismo cellulare è fortemente alterato. Il profago si riattiva, il suo DNA viene exciso dal genoma ospite e si avvia il [[Ciclo litico e lisogeno|ciclo litico]]. Il fago riattivato inizia a produrre grandi quantità di [[RNA messaggero|mRNA]] a partire dal proprio DNA, al fine di costituire un elevato numero di unità fagiche. Quando tutte le risorse della cellula sono esaurite a causa dell'assemblaggio di nuovi fagi, la sua [[membrana cellulare|membrana]] viene distrutta ed i fagi prodotti sono riversati all'esterno.

== Genoma del fago lambda ==

[[ImmagineFile:Image-Bacteriophage lambda genome.png|thumb|300px|Il genoma di fago lambda]]

Il genoma del fago lambda è costituito da DNA duplex che tramite idrolisi di ATP, viene impacchettato nel nucleo proteico del fago.

L'enzima Terminasi catalizza la reazione di taglio e di inserimento del genoma nel capside.

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* P_L: ''N'' e regione N-dipendente (''cIII'' - ''xis'' - ''int'' - ''sib'').

== Funzioni delle proteine di λ ==

Ecco i prodotti proteici dei geni di λ. Si noti che, secondo una convenzione comunemente accettata, i geni sono riportati in corsivo (ad esempio ''cI''), mentre le rispettive proteine nel comune alfabeto minuscolo (ad esempio cI).

* '''Cro'''. Inibitore di trascrizione. Lega, in ordine di affinità, OR3, OR2 e OR1. A basse concentrazioni blocca il promotore RM (inibendo la produzione di cI). Ad alte concentrazioni cala la sua stessa trascrizione legando OR1 e OR2.

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* '''''attP''''' Nemmeno questa sequenza codifica per una proteina. Si tratta della regione su cui agiscono int e xis nell'inserzione ed excisione del genoma fagico. Nel genoma ospite è presente una regione corrispondente ''attb''.

== L'integrazione genomica ==

[[ImmagineFile:Bacteriophage lambda genome insertion.png|thumb|600px|L'inserzione del genoma fagico nel cromosoma batterico]]

L'[[integrazione]] del genoma fagico all'interno di quello batterico avviene presso una speciale regione, chiamata ''att^λ''. La sequenza precisa sul genoma di ''E.coli'' è chiamata ''attB'' (dall'inglese ''Bacterial attachment'', ''sito di attacco batterico'') ed è composta essenzialmente di tre segmenti, detti B-O-B'. La sequenza complementare sul genoma del fago è ''attP'' (dall'inglese ''Phagic attachment'', ''sito di attacco fagico'') ed è composta delle regioni P-O-P'.

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Il risultato di tale evento vede l'originale regione BOB' modificata in una nuova con B-O-P'-''genoma fagico''-P-O-B'. Il DNA fagico è ora completamente integrato.

== Dettagli del ciclo vitale ==

Ecco i principali meccanismi molecolari successivi all'infezione del fago λ.

# Il fago lambda lega la membrana della cellula di ''E. coli'', presso i recettori del [[maltosio]].

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# cIII lega cII, proteggendola dall'attacco delle proteasi. La stabilità di cII determina quale ciclo vitale verrà intrapreso dal fago. Cellule non sofferenti, con attività abbondante di proteasi, renderanno cII instabile, avviando il ciclo litico. Cellule sofferenti e carenti di nutrienti disponibili hanno un'attività proteasica minore, rendendo cII stabile, preludio al ciclo lisogeno.

=== Ciclo litico ===

[[ImmagineFile:LambdaPlaques.jpg|thumb|300px|Placche di lisi del fago lambda su batteri ''E. coli''.]]

Se viene avviato il ciclo litico, nella cellula ospite hanno luogo i seguenti eventi molecolari.

# I trascritti ''late early'' continuano ad essere prodotti: tra di essi figurano ''xis'', ''int'', ''Q'' e geni per la replicazione del genoma di lambda.

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# Le proteine di lisi raggiungono una concentrazione tale da causare la rottura della membrana, che consente la fuoriuscita dei nuovi fagi.

=== Ciclo lisogeno ===

Se viene avviato il ciclo lisogeno, nella cellula ospite hanno luogo i seguenti eventi molecolari.

# I trascritti ''late early'' continuano ad essere trascritti. Tra di essi figurano ''xis'', ''int'', ''Q'' ed i geni per la replicazione del genoma fagico. La proteina cII, stabile, attiva anche la trascrizione dai promotori P_RE, P_antiq, P_I.

# Il promotore P_antiq produce mRNA antisenso, spegnendo la produzione di Q. Il promotore P_RE produce mRNA [[RNA antisenso|antisenso]] che spegne la produzione di Cro, assieme all'mRNA ''senso'' per cI, che ne ''accende'' la produzione di cI. Il promotore P_I produce mRNA del gene ''int'', che aumentano la concentrazione della proteina int.

# L'assenza di Q inibisce il promotore P_R', inibendo di fatto la produzione delle proteine litiche e strutturali tipiche del ciclo litico. Livelli elevati di proteina int (superiori a xis) generano l'inserzione del genoma di lambda in quello dell'ospite. La produzione di cI ne genera il legame con il sito ''OR1'' presso il promotore P_R, spegnendo la produzione di Cro. cI lega anche P_L, spegnendo anche la sua trascrizione.

# Il calo di Cro libera il sito ''OR1'', in modo che aumenti la trascrizione dal promotore P_RM, che mantengono alto il livello di cI.

# Il calo della trascrizione da P_L e da P_R impedisce successive produzioni di cII e cIII.

# Il calo delle concentrazioni di cII e cIII genera un calo della trascrizione da P_antiq, P_RE e P_I.

# Solo i promotori P_RM e P_R' rimangono attivi, producendo un breve trascritto inattivo e cI. Il genoma, inserito nell'ospite, entra in uno stato dormiente.

==== Induzione dei fagi ''dormienti'' ====

Ecco come avviene l'induzione del ''fago dormiente'' del ciclo lisogenico.

# La cellula ospite subisce uno stress tale da generare danno al DNA, avviando la risposta riparativa.

# La proteina cellulare RecA individua infatti il danno sul DNA e si attiva (RecA*) a proteasi super-specifica.

# Solitamente RecA* taglia LexA (un repressore della trascrizione) e lo inattiva. In questo modo è permessa la sintesi di proteine per il riparo del DNA. Nelle cellule infette, invece, questa risposta viene ''dirottata'' e RecA* taglia cI.

# La cI tagliata perde la sua affinità al DNA, dal momento che non può più dimerizzare.

# I promotori P_R e P_L non sono più repressi. La loro conseguente ''accensione'' avvia il ''[[pathway]]'' litico.

== Regolazione di inserzione ed excisione ==

Come già accennato, inserzione ed excisione del genoma fagico sono regolate dalle concentrazioni relative delle proteine xis e int. Possono verificasi due eventi differenti.

# ''xis'' e ''int'' si trovano sullo stesso mRNA (trascritto da P_L). La concentrazione delle due proteine è dunque comparabile. Ciò genera l'excisione del genoma fagico.

# La regione al 3' terminale dell'mRNA trascritto da P_L contiene una regione ''sib'' che si ripiega in una struttura secondaria stabile ad ''hairpin''. Tale struttura è bersaglio della RNAsiIII. Cellule sane hanno un'alta quantità di RNAsiIII, che genera concentrazioni molto basse di proteina int. Concentrazioni maggiori di xis rispetto a int non generano alcuna inserzione o excisione, lasciando i fagi precedentemente inseriti all'interno e non permettendo alcun altro ingresso. Tale situazione è favorevole dal punto evolutivo perché riduce la competizione tra fagi (dal momento che nessun nuovo fago si inserisce in una cellula già infetta).

=== Controllo dell'excisione del genoma fagico ===

Più in dettaglio, l'excisione del genoma fagico risponde ai seguenti eventi molecolari.

# Il genoma fagico è ancora inserito nel genoma ospite e necessita di essere exciso per essere replicato. La regione ''sib'' del promotore normale P_L, infatti, non è presente sui trascritti che si originano dal genoma integrato. Presso la regione ''sib'', infatti, si trova la regione ''attP'' per l'inserzione (si veda l'immagine).

# L'assenza del dominio ''sib'' genera un'assenza della regione ad ''hairpin'', non più attaccabile dalla RNAsiIII.

# Rimanendo intatto il trascritto, esso contiene una copia intera sia di xis che di int, che generano concentrazioni equivalenti delle due proteine.

# Concentrazioni uguali di xis e int generano l'excisione del genoma fagico da quello batterico.

== Regolazione di cI e Cro ==

Il sistema di regolazione individuato in fago lambda è un esempio notevole dell'elevata capacità di influenza dell'[[espressione genica]] da parte di un sistema semplice. Tale sistema si basa essenzialmente su un ''interruttore'' che ''accende'' e ''spegne'' alternativamente due geni mutualmente esclusivi. L'intero ciclo vitale dei fagi lambda è infatti controllato dalle proteine cI e Cro. Il fago rimane in fase lisogena se predomina la proteina cI, mentre si avvia nella fase litica se predomina Cro. Fase litica e lisogena si autoescludono attraverso le seguenti condizioni:

* in assenza di cI, il gene ''Cro'' può essere trascritto;

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[[es:Fago λ]]

[[fr:Phage lambda]]

[[he:בקטריופאג' למבדאלמדא]]

[[ko:박테리오파지 λ]]

[[pl:Bakteriofag lambda]]