람다 파지는 어떻게 용균성 생활사로 전환이 가능한가요?
안녕하세요. 원래 람다파지는 숙주 세포에 자신의 유전 물질을 집어넣어서 숙주 세포의 증식과 함께 자신의 유전물질을 증식시키는 용원성 생활사라 한다고 알고 있는데 환경이 극한의 상황이 되었을 경우 용균성으로 전환이 가능하다고 들었습니다. 람다 파지는 어떻게 용균성 생활사로 전환이 가능한지 분자적 메커니즘이 궁금합니다.
말씀하신 것처럼 람다 파지는 숙주 세포의 생존 환경이 열악해지면 용원성 생활사에서 용균성 생활사로 전환합니다.
그리고 이 전환은 숙주 DNA에 삽입된 람다 파지의 DNA에서 cI 유전자와 cro 유전자라는 두 핵심 유전자의 발현 비율에 의해 조절됩니다.
평상시에는 숙주 세포의 DNA에 삽입된 람다 파지의 DNA에서 cI 단백질이 우세하게 발현됩니다.
이 cI 단백질은 OR이라는 특정 조절 부위에 결합하여, 용균성 생활사를 유도하는 Cro 유전자의 발현을 억제하여 용원성 상태를 유지합니다.
그러나 숙주 세포가 자외선 조사와 같은 스트레스를 받으면, RecA 효소가 활성화되어 cI 단백질을 분해합니다. cI 단백질이 사라지면 Cro 유전자의 발현에 대한 억제가 풀리고, Cro 단백질이 대량으로 생성됩니다.
Cro 단백질은 cI 유전자 자체의 발현을 억제하고, cI 단백질의 농도를 더욱 낮추게 되는데, 이로 인해 용균성 생활사에 필요한 파지 증식 및 세포 용해 관련 유전자들이 활성화되어, 람다 파지는 용원성 상태에서 용균성 상태로 전환하게 되는 것입니다.
람다 파지는 숙주 세포의 생존에 불리한 환경 스트레스 요인이 발생하면 용균성 생활사로 전환합니다. 용원성 생활사에서는 람다 파지의 CI 단백질이 CⅠ/Cro 단백질의 균형을 유지하며 용균성 단백질의 발현을 억제합니다. 하지만 숙주 세포가 UV 조사와 같은 극심한 스트레스를 받으면 RecA 단백질이 활성화되고, 이 활성화된 RecA 단백질은 CI 단백질을 분해합니다. 이로 인해 CI 단백질의 억제 기능이 사라지고, Cro 단백질이 활성화되어 용균성 생활사의 유전자를 발현시켜 숙주 세포를 파괴하게 됩니다.
안녕하세요. 질문해주신 것과 같이 람다(λ) 파지는 용원성과 용균성 생활사 사이를 전환할 수 있는 대표적인 파지인데, 이 전환은 숙주의 상태와 환경적 스트레스에 의해 조절됩니다. 이때 핵심은 λ 파지 유전체에 존재하는 억제자 단백질 CI 와 전환 조절 인자들(Cro, RecA, CII, CIII 등)의 상호작용인데요, 우선 λ 파지가 E. coli에 감염된 후, 만약 숙주 환경이 안정적이라면 파지 DNA는 숙주 염색체에 프로파지 형태로 삽입됩니다. 이때 CI 억제자 단백질이 발현되어 파지의 용균성 유전자를 억제하며, 따라서 숙주는 계속 증식하고, 파지도 숙주의 분열과 함께 자신의 DNA를 복제할 수 있습니다.
하지만 이후 자외선 조사, DNA 손상, 영양 고갈 등 숙주의 생존이 위협받는 상황이 발생하면, 세포 내에서 SOS 반응이 활성화되는데요, 이 과정에서 RecA 단백질이 활성화되어 DNA 복구 시스템을 돕는데, 동시에 λ 파지의 CI 억제자를 자기분해 시킵니다. CI 단백질이 분해되면 더 이상 파지 유전자의 억제가 유지되지 않기 때문에 대신에 Cro 단백질이 발현되며, 이는 CI 합성을 차단하고 용균성 관련 유전자의 발현을 촉진합니다. 그 결과 파지 DNA 복제가 시작되고, 파지 구조 단백질이 합성되어 새로운 파지 입자가 조립되는 것입니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
감다 파진s sos 반응이 일어나면 reca가 활성화돼 억제 단백질 ci를 자가 분해시킨답니다.