Двухкомпонентная сигнальная трансдукция

Микроорганизмы способны распознавать, обрабатывать и адекватно отвечать на большое количество сигналов из внешней среды благодаря сигнальной трансдукции. Сигнальная трансдукция заключается в распознавании сигнала, его проведении и активации соответствующих генов. У прокариот сигнальная трансдукция происходит с помощью двухкомпонентных систем, состоящих из сенсорной гистидиновой киназы и активатор транскрипции(регулятора ответа). Сигналом для активации может служить изменение ОВП клетки, ионной концентрации среды, недостаточность фосфата, калия, низкое осмотическое давление, присутствие антибиотика. Действие сигнала приводит к взаимодействию клеточного сигнального лиганда, связанного с рецептором, и сенсорной киназы - первого компонента сигнальной трансдукции. Распознавание сигнала приводит к образованию из двух мономеров гистидиновой киназы димера, что сопровождается аутофосфорилированием, в процессе которого γ-фосфат с АТФ переносится на остатки гистидина киназы. Фосфорилированная сенсорная киназа взаимодействует с соответствующим ей регулятором ответа, состоящим из двух доменов: регуляторного и ДНК-связывающего. Взаимодействие киназы и регулятора сопровождается переносом фосфатной группы с гистидина на остатки аспартата в составе регулятора ответа, в результате чего происходит активация гена или их группы. В связи с тем, что сенсорная киназа обладает способностью дефосфорилировать регулятор ответа, то уровень экспрессии гена контролируется и приводится в соответствие с уровнем сигнала. Двухкомпонентные сигнальные системы могут находиться друг с другом в сетевых взаимодействиях. Например, один из генов, активированный сигналом А необходим для продукции сигнала В, таким образом гены, индуцированные сигналом В зависят от сигнала А.

Двухкомпонентная сигнальная система у патогенных микроорганизмов может приводить к инициации паразитического образа жизни и развитию инфекционного заболевания, а также формированию антибиотикорезистентности. Резистентность энтерококков типа VanA и VanB к ванкомицину регулируется сенсорной киназой VanS и регулятором ответа VanR, активирующих транскрипцию генов, ответственных за синтез депсипептид – d-аланил-d-лактата, который инкорпорируется в пептидогликан и приводит к увеличению уровня резистентности к ванкомицину. У Streptococcus pneumonia двухкомпонентная сигнальная трансдукция ciaH – ciaR активирует синтез пенициллин связывающего белка, обеспечивающего высокие уровни резистентности к пенициллину.

Рис. 11. Схема устройства двухкомпонентной системы сигнальной трансдукции прокариот