Роль полиаминов в защите Escherichia Coli от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода

Нестерова, Лариса Юрьевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль полиаминов в защите Escherichia Coli от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода
ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Роль полиаминов в защите Escherichia Coli от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода"

На правах рукописи

НЕСТЕРОВА Лариса Юрьевна

РОЛЬ ПОЛИАМИНОВ В ЗАЩИТЕ ESCHERICHIA COLI ОТ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА, ВЫЗВАННОГО ПЕРЕКИСЬЮ ВОДОРОДА

03.00.07 Микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пермь - 2004

Работа выполнена в лаборатории адаптации микроорганизмов Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, Пермь

Научный руководитель:

доктор медицинских наук, профессор Ткаченко Александр Георгиевич Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Карпунина Тамара Исаковна доктор биологических наук, профессор Соловых Галина Николаевна

Ведущая организация - Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, Москва

Защита состоится 15 октября 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 004.019.01. в Институте экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН по адресу: 614081, Пермь, ул.Голева, 13. Факс:(3422)44 6711

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН.

Автореферат разослан " 15 " (Шв 3 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, чл.-корр. РАН

Ившина Ирина Борисовна

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Изучение процессов адаптации микроорганизмов к стрессу в настоящее время является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений микробиологии. Окислительный стресс относится к наиболее распространенным видам неблагоприятных воздействий внутренней или внешней среды. Согласно одной из гипотез, любой вид стрессовых воздействий в той или иной степени приводит к развитию окислительного стресса (Aldsworth et al., 1999). Использование микроорганизмов в качестве модели для изучения повреждающего эффекта активных форм кислорода (АФК) на клетку приобретает актуальность в связи с тем, что свободные радикалы могут являться причиной злокачественного перерождения эукариотических клеток, механизмы которого до конца не исследованы. Кроме того, повреждение различных клеточных компонентов, вызванное АФК, может быть одной из причин старения и развития различных заболеваний человека и животных.

Исследования в области микробиологии и молекулярной биологии обеспечили значительный прогресс в изучении генов и белков, участвующих в адаптации микроорганизмов к окислительному стрессу (Demple, 1999). Вместе с тем, вопрос о механизмах, лежащих в основе регуляции стрессовых реакций клеток, во многом остается не изученным. В частности, недостаточно полно исследована роль метаболических факторов в тонкой настройке адаптивного ответа клетки на транскрипционном уровне. Среди факторов метаболической регуляции в последние годы особенно возрос интерес к биогенным полиаминам. Существует множество данных о том, что полиамины оказывают влияние на клеточные процессы как про- так и эукариот. Известно, что эти соединения участвуют в регуляции не только нормального клеточного цикла, но и выполняют очень важные функции в патогенезе злокачественных новообразований (Tatib et al., 1998; Sandgren, et al., 2003). Многие данные свидетельствуют о том, что полиамины могут быть мишенью для терапевтического вмешательства в случае некоторых типов рака (Thomas et al., 2001) и паразитарных инфекциях (Fairlamb et al., 1997). Некоторые авторы отмечают также участие полиаминов в процессе апоптоза (Nitta et al., 2002).

I СИЬЛКО!«* 1

В то же время имеются данные о регуляции полиаминами промоторной активности некоторых генов эукариот (Bryans et al, 1996). Эти свойства полиаминов, а также влияние, которое они оказывают на адаптацию клеток Escherichia coli к осмотическому, тепловому и другим видам стрессовых воздействий (Ткаченко и др., 1997, 1998), обосновывают необходимость изучения их роли в адаптации микроорганизмов к окислительному стрессу, в частности возможного влияния на экспрессию генов защиты от данного вида повреждений.

Цель настоящей работы - является выяснение роли полиаминов в адаптации Е. coli к условиям окислительного стресса, индуцированного перекисью водорода.

Основные задачи исследования:

1. Исследовать активность ферментов системы синтеза полиаминов в условиях окислительного стресса.

2. Изучить влияние полиаминов на уровень экспрессии генов oxyR-регулона под действием перекиси водорода и его зависимость от глубины стрессового воздействия.

3. Охарактеризовать влияние полиаминов на топологию ДНК при окислительном стрессе.

4. Изучить влияние степени суперспирализации ДНК на экспрессию гена oxyR под действием перекиси водорода.

5. Дать оценку защитных функций полиаминов в зависимости от повреждения ДНК активными формами кислорода в системе in vitro.

6. Изучить антимутагенные свойства путресцина.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые установлена роль полиаминов как транскрипционных регуляторов экспрессии генов адаптации Е. coli к пероксидному стрессу. Регуляторный эффект выявлен как в отношении гена, кодирующего транскрипционный регулятор пероксидной защиты, так и в отношении гена - мишени данного регулона. Показана зависимость топологии ДНК от концентрации путресцина и активности гена oxyR от степени отрицательной суперспирализации ДНК. На основе полученных данных сделан вывод о роли путресцина как модулятора топологического состояния ДНК в механизме транскрипционной регуляции генов oxyR регулона. Ранее неизвестными являются данные о роли путресцина в защите ДНК от разрывов в условиях реакции Фентона в системе in vitro.

Новыми являются результаты, демонстрирующие наличие у путресцина антимутагенных свойств и положительный эффект этого диамина на количество живых клеток в культуре в условиях окислительного стресса.

Полученные результаты расширяют представление о механизме действия полиаминов в регуляции клеточного метаболизма и определяют роль этих поликатионов в модуляции адаптивного ответа Е. coli на окислительный стресс какг (1) модуляторов транскрипции адаптивных генов; (2) протекторов ДНК; (3) антимутагенных факторов.

Материалы диссертации используются в лекционном курсе «Адаптация микроорганизмов к стрессу» на кафедре микробиологии и иммунологии Пермского государственного университета.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Окислительный стресс индуцирует систему синтеза полиаминов, продукты которой обладают способностью стимулировать экспрессию генов антиоксидантной защиты.

2. Путресцин обладает модулирующей активностью в отношении топологических свойств ДНК, направленной на повышение уровня экспрессии генов антиоксидантной защиты.

3. Возрастание количества жизнеспособных клеток в культуре Е. coli при окислительном стрессе обусловлено свойствами полиаминов как модуляторов генной экспрессии и ДНК-протекторов, снижающих частоту мутаций.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации

представлены на Международном симпозиуме по стрессу и ассимиляции азота, Москва, 1996; Международной конференции «Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы», Пермь, 1996; Международной конференции «Проблемы загрязнения окружающей среды», Москва, 1998; Региональной конференции молодых ученых «Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии», Пермь, 1999; Международной конференции «Проблемы загрязнения окружающей среды», Волгоград-Пермь, 2001; 6-й Пущинской школе-конференции молодых учёных, Пущино, 2002.

По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы,

описания материалов и методов исследования, результатов исследования, их обсуждения, заключения и выводов. Работа иллюстрирована 2 таблицами и 20 рисунками. Список литературы включает 275 наименований работ, из них 15 отечественных и 260 зарубежных авторов.

Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР Института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН и является частью - исследований, проводимых по теме «Механизмы адаптации микроорганизмов к стрессу», индекс приоритетного направления 5.19, 5.21, 5.24, номер госрегистрации 01.2.00 3 06932. Исследования поддержаны грантами РФФИ (97-04-48771, 00-04-48081, 00-04-96469).

Содержание работы ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследования использованы культуры различных штаммов Escherichia coli (табл. 1). Эксперименты проводили на синтетической питательной среде М-9 с добавлением микроэлементов (Перт, 1978) и антибиотиков, к которым устойчив исследуемый штамм: ампициллин (30 мкг/мл), тетрациклин (20 мкг/мл), стрептомицин (25 мкг/мл). Культуру выращивали в колбах на качалке при температуре 37°С. Биомассу клеток оценивали на спектрофотометре СФ-46 (ЛОМО, Россия) по оптической плотности (OD600) после предварительного разведения. В ряде экспериментов использовали культуру, выращенную в ферментере аппарата АНКУМ-2 (СКБ БП РАН, Пущино). Окислительный стресс воспроизводили добавлением 30%-ного раствора перекиси водорода до необходимых конечных концентраций.

Таблица 1

Штаммы Е. coli и плаэмизы, использованные в работе

Штамм, плазмида Генотип Источник получения

Штаммы К-12 К-12 (pBR322) BGF930 Дикий тип K-12/pBR322 Производный от RK4936 с генным слиянием X [<P(oxyR'::1acZ)] ВКМ, Москва В. Demple, США

BGF931 Производный л от RK4936 с генным B.Demple, США

слиянием X [<b(katG'::lacZ)]

RK4936 araD139 (argF-lac)205 flbB5301 non-9 E. coli Genetic Stock

gyrA219 relAl rpsL150 metE70 Center, США

btuB::TnlO

МС4100 araD139 A (argF-lac)U169 deoCl relAl E. coli Genetic Stock

rpsL150 flbB5301 ptsF25 rbsR Center, США

TI60 Производный от BGA8, но leu+ I.G. Kim., T.J. Oh,

thr+A(gpt-lac) Юж. Корея

BGA8 К speB speC thi leu thr. G.B. Diniello,

Аргентина

ВЕ0101 TI60/pAQ23

ВЕ0102 TI60/pAQ24

ТА4477 RK4936/pAQ23 G. Storz, США

ТА4479 RK4936/pAQ24 G. Storz, США

Плазмиды

pBR322 pBR322 БНИИСПГУ,

С.-Петербург

pAQ23 pRS415, содержащая oxyR'::lacZ G. Storz

pAQ24 pRS415, содержащая katG'::lacZ G. Storz

Выделение плазмидной ДНК проводили традиционным методом щелочного гидролиза (Харда, 1989). Выделенную плазмидную ДНК исследовали методом горизонтального электрофореза (Маниатис и др., 1984) в течение 48 часов в 1% агарозном геле в буфере ТВЕ с добавлением 80 мкг/мл хлорохина при напряжении 1 В/см при комнатной температуре. Интенсивность свечения полос плазмидной ДНК, окрашенной бромистым этидием, измеряли методом фотометрии негативов на микроденситометре MD-100 ("Karl Zeiss", Германия), после чего определяли средние значения Lk каждой пробы, по которым оценивали степень супсрспирализации ДНК (Van Workum et al., 1996). Для определения содержания полиаминов использован метод тонкослойной хроматографии их дансилированных производных (Чудинов и др., 1984). Определение активности ферментов системы синтеза полиаминов осуществляли методом, основанным на измерении количества полиаминов, синтезированных in vitro в декарбоксилазной реакции (Ткаченко и др., 1989). Содержание белка определяли методом Лоури (Lowry et aL, 1951). Активность исследуемых генов в штаммах, несущих слияние промотора соответствующего гена с геном lacZ, оценивали по активности ß-галактозидазы. Активность ß-галакгозидазы

определяли в клетках, предварительно обработанных смесью додецилсульфата натрия и хлороформа методом Миллера (Miller, 1972). Частоту спонтанных мутаций определяли по признаку устойчивости к рифампицину (Gonzales-Flecha, Demple, 1997). Содержание живых клеток в культуре определяли методом высева на чашки с LB-агаром и подсчетом выросших колоний.

Повторность всех экспериментов 3-7-кратная. Рисунки выполнены с помощью компьютерной программы "Statistica for Windows 5,0" (StatSoft, Inc., 1995) в режиме StatsGraph. Использованы средние данные из серии однотипных экспериментов. Вертикальными отрезками обозначена величина среднего квадратического отклонения. Достоверность различий между средними величинами оценивали с использованием t-критерия Стьюдента, различия считались значимыми при р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Роль полиаминов в регуляции экспрессии генов oxyR регулона

Аэробно живущие микроорганизмы подвержены окислительному стрессу, который возникает в результате воздействия на клетку эндогенно образуемых активных форм кислорода (АФК). В природных условиях окислительный стресс часто формируется под действием внешних источников АФК. В условиях эксперимента воспроизведение пероксидного стресса возможно путем простого добавления перекиси водорода в культуру микроорганизмов, поскольку это соединение в обычных условиях не несет электрического заряда и легко проникает через бактериальную мембрану.

Добавка Н2О2 к экспоненциальной культуре Е. coli К-12 сопровождается приблизительно трехкратным возрастанием в течение первых 30-40 минут активности орнитиндекарбоксилазы, ключевого фермента синтеза полиаминов (рис. 1). Еще более выраженное шестикратное увеличение активности характерно для другого фермента полиаминсинтезирующей системы, лизиндекарбоксилазы, продуктом которого является кадаверин. Концентрация кадаверина временно возрастает до 1 и более нмоль/мг АСБ и составляет существенную часть общего содержания внутриклеточных полиаминов Е. coli. Активность ферментов полиаминсинтезирующей системы в условиях окислительного стресса носит колебательный характер, что связано с накоплением в клетке полиаминов как конечных продуктов ферментативной реакции, участвующих в регуляции по типу обратной связи (Kashiwagi, Igarashi, 1988). Это хорошо иллюстрируется при сопоставлении активности

лизиндекарбоксилазы и внутриклеточного пула кадаверина. Таким образом, одной из первичных реакций Е. coli на окислительный стресс является возрастание активности ферментов синтеза и, как следствие — интенсивное образование полиаминов.

- о

Время, мин

Рис. 1. Изменение активности ферментов синтеза полиаминов и клеточного пула кадаверина Е. coli К-12 при окислительном стрессе.

1 - орнитиндекарбоксилаза; 2 - лизиндекарбоксилаза; 3 - внутриклеточный пул кадаверина.

Существенная степень индукции системы синтеза полиаминов свидетельствует о вовлеченности этих соединений в стрессовый ответ, что послужило основанием для дальнейшего изучения роли полиаминов в адаптации к окислительному стрессу.

Процесс адаптации к окислительному стрессу, как и большинству других видов стрессовых воздействий, включает в себя процессы транскрипционной регуляции на уровне регулонов (Demple, 1997). В условиях экспоненциального роста для защиты от пероксидного стресса Е. coli использует oxyR регулон. В его состав входят гены, кодирующие такие ферменты как гидропероксидаза I (katG), алкилгидропероксидредуктаза (ahpCF), глутатионредуктаза (gorA) и другие (Storz, Imlay, 1999). Экспрессия этих генов находится под контролем транскрипционного фактора OxyR. Тетрамерный белок OxyR может существовать в двух формах, окисленной и восстановленной, но только окисленная форма активирует транскрипцию. В активном состоянии OxyR, связываясь с промоторными областями генов-мишененей, стимулирует их экспрессию при участии о70 РНК-полимеразы. Ранее считалось, что в условиях

окислительного стресса возрастания уровня экспрессии самого oxyR не происходит, поскольку его продукт обладает свойствами ауторепрессора (Christman, et al., 1989). В то же время есть ряд работ, в которых показана зависимость степени экспрессии oxyR от фазы роста Е. coli и уровня цАМФ в клетке (Gonzalez-Flecha, Demple, 1997; Michan et al., 1999). Это указывает на то, что регуляция экспрессии oxyR играет важную биологическую роль и дает основание предположить возможность участия в этом процессе других механизмов и клеточных регуляторов.

Исследования показали, что характер экспрессии гена oxyR в отсутствие перекиси водорода при культивировании Е. coli на глюкозо-минеральной среде не претерпевает значительных изменений. Добавка в культуру перекиси водорода индуцирует двухфазные изменения уровня экспрессии oxyR, когда в первой фазе происходит незначительное снижение активности гена, а во второй - ее сильная индукция (рис. 2).

350-,

0 60 120, 180 240 300 360 420

Время, мин

Рис. 2. Влияние путресцина (ЦТ) на экспрессию oxyR при окислительном стрессе в экспоненциальной культуре Е. coli BGF940.

Активность B-галактозидазы в культуре, подвергнутой окислительному стрессу: 1 - в присутствии 5 мМ ПТ; 2 - в присутствии 10 мМ ПТ; 3 - в отсутствие ПТ; 4 - в контрольной нестрессированной культуре в отсутствие ПТ. *- р<0,05 относительно стрессированной культуры в отсутствие ПТ (3).

Изначальная добавка в среду физиологических концентраций путресцина, вызывает значительную стимуляцию экспрессии охуЯ. Причем степень стимуляции зависит от концентрации путресцина. Оптимальной оказалась концентрация 5мМ, при которой стимуляция выражается как в более раннем начале подъема активности Р-галактозидазы, так и в её более высоком максимальном уровне (рис. 2).

Рис. 3. Влияние путресцина на экспрессию oxyR в экспоненциальной культуре Е. coli BGF930 при окислительном стрессе, вызванном большими концентрациями перекиси водорода (10 мМ).

Активность Р-галактозидазы в культуре, подвергнутой окислительному стрессу: 1 - в присутствии 5 мМ ПТ; 2 -10 мМ ПТ; 3 - 2 мМ ПТ; 4 - в отсутствие ПТ. *- р<0,05 относительно стрессированной культуры в отсутствие ПТ (4).

В условиях сильного окислительного стресса фаза возрастания уровня экспрессии oxyR практически отсутствует, что вызвано аутоингибированием транскрипции oxyR окисленной формой продукта данного гена. В этих условиях уже сравнительно низкие физиологические концентрации путресцина (2 мМ) стимулируют активность р-галактозидазы в 2,5 раза. При оптимальной же 5 мМ концентрации путресцина наблюдался максимальный 4-х кратный эффект возрастания активности (рис. 3), что приблизительно в 2 раза превышает стимулирующий эффект путресцина при умеренном окислительном стрессе. Данный эффект, по-видимому, обусловлен способностью путресцина замещать окисленный OxyR, связываясь с операторной областью ДНК, и тем самым

повышать уровень экспрессии гена. Сходный эффект путресцина описан для /ас-репрессора (Bryans et al., 1996).

Влияние путресцина на экспрессию oxyR прослеживается и в экспериментах без искусственных добавок полиаминов в среду. В этом случае возрастание активности oxyR в ответ на добавку перекиси водорода совпадает с повышением содержания путресцина в клетке.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о важной роли путресцина в регуляции экспрессии гена oxyR, имеющего ключевое значение для управления активностью всех генов, входящих в данный регулон. Вместе с тем до настоящего времени оставалось неизвестным какова роль других полиаминов E. co/i, в частности спермидина и кадаверина, в регуляции генной экспрессии. Исследование экспрессии oxyR в условиях окислительного стресса в присутствии физиологических концентраций полиаминов показало, что среди трех исследуемых полиаминов (путресцин, спермидин и кадаверин) наибольший эффект оказывал путресцин в концентрации 5 мМ. Действие 2 мМ спермидина оказывало несколько меньшее влияние. В отличие от этого кадаверин в концентрации 5 мМ не оказывал заметного воздействия на уровень экспрессии oxyRy и активность гена в данном случае мало отличалась от таковой в отсутствие полиаминов в условиях окислительного стресса (рис. 4).

Наблюдаемые нами значительные различия в воздействии этих полиаминов на генную экспрессию, по-видимому, обусловлены специфичностью их химического строения. Различные длина углеродной цепи и расстояние между положительно заряженными аминогруппами полиаминов определяют их избирательное взаимодействие с разными структурами клетки. Расположение положительных зарядов спермидина и путресцина оптимально для взаимодействия с отрицательными зарядами фосфатного скелета ДНК (Abraham, 1981). В то же время, кадаверин, аминогруппы которого разнесены дальше, не может взаимодействовать с ДНК, но является оптимальным регулятором пориновых каналов OmpF и OmpC (Samartzidou, Delcour, 1999). Известно, что лизиндекарбоксилаза, синтезирующая кадаверин, локализована преимущественно в мембранной фракции клеток (Ткаченко, Чудинов, 1989). Это объясняет биологическую целесообразность описанного нами значительного возрастания свободного пула кадаверина в ответ на окислительный стресс (см. рис. 1), поскольку защитные механизмы направлены на ограничение поступления в клетку таких ксенобиотиков, как перекись водорода.

Таким образом, специфичность действия полиаминов определяется их строением и преимущественной локализацией в клетке.

600

а>

1 500 5

з 400

<п

га

1 300

га

X, 200

ё о

| 100

От---Г"-г——........ ■ ......... ■

0 60 120 180 240 300 360

Время, мин

Рис. 4. Влияние полиаминов на уровень экспрессии oxyR E. coli BGF940 при окислительном стрессе.

Активность B-галактозидазы в культуре, подвергнутой окислительному стрессу: 1 - в присутствии 5 мМ путресцина; 2 - в присутствии 2 мМ спермидина; 3 - без добавок полиаминов (контроль); 4 - в присутствии 5 мМ кадаверина; 5 - без добавок в отсутствие окислительного стресса (контроль). *- р<0,05 относительно стрессированной культуры в отсутствие полиаминов (3).

Проведенные нами исследования эффекта полиаминов на уровень экспрессии oxyR позволили предположить их возможное влияние на экспрессию генов мишеней oxyR регулона, в частности katG, кодирующего каталазу HPI. Показано, что путресцин значительно стимулирует уровень экспрессии katG, как по времени, так и по максимальным значениям Р-галактозидазной активности (рис. 5), причем характер стимулирующего эффекта сходен с описанным для oxyR. Эффект путресцина на активность katG в данном случае частично является опосредованным через его влияние на уровень экспрессии oxyR.

а 7оо

1 600 9

3 500

Г»

0 400

со

1 300

«Ч

о 200

. BQ

< 100 1 Г ■ ■ ■ I ■ ■ ■ ■ I ■ ■ ■ . ....................1 И I

0 60 120 180 240 300 360 420

бремя, мин

Рис. 5. Влияние полиаминов на уровень экспрессии katG при окислительном стрессе в экспоненциальной культуре Е. coli BGF931.

Активность (3-галакгозидазы в культуре, подвергнутой окислительному стрессу: 1 - в присутствии 5 мМ ПТ; 2 - в присутствии 10 мМ ПТ; 3 - в отсутствие ПТ; 4 - в контрольной нестрессировашюй культуре, растущей в отсутствие ПТ. *- р<0,05 относительно стрессированной культуры в отсутствие ПТ (3).

Вовлеченность полиаминов в регуляцию уровня экспрессии генов адаптации к окислительному стрессу подтверждается значительным снижением активности гена oxyR в ответ на добавку к культуре микроорганизмов специфических ингибиторов орнитиндекарбоксилазы: 1,4-диамино-2-бутанона (ДЛБ) и 1,3-диаминопропана (ДАП), которые значительно уменьшают содержание полиаминов в клетке (Pegg et al, 1982; Reis et al., 1999). Присутствие путресцина в среде полностью снимает ингибирующий эффект указанных соединений на экспрессию гена oxyR, что является еще одним подтверждением роли полиаминов как модуляторов генной экспрессии в условиях окислительного стресса.

В качестве альтернативного пути доказательства роли полиаминов как транскрипционных модуляторов использован генетический подход. С этой целью дефицитный по полиаминам мутантный штамм Е. coh TI60 с делецией по 1ас-оперону использовали для конструирования двух штаммов, несущих oxyR::lacZ и katG::lacZ слияния, путем его трансформации плазмидами pAQ23 и pAQ24 соответственно. В культурах полученных полиаминзависимых мутантов

E. coli BE0101 и ВЕ0102, несущих однокопийныс генные слияния в плазмидах, измеряли активность ß- галактозидазы.

Таблица 2

Эффект путресцина на уровень индукции генов oxyR и katG в полиаминзависимых (+) и независимых (-) штаммах К coli

Штамм Зависимость от палиа-мшюв Тип lacZ слияния Уровень индукции ±m Стимулирующий эффект путресцина, %±т

в отсутствие путресцина в присутствии путресцина

ВЕ0101 + oxyR::lacZ 1,13±0,02 2,41±0,04 ♦ 112ДЗ±3,84»*

(PAQ23)

ТА4477 - oxyRr.lacZ 1,93±0,01 2,8ftt0,05 * 49,65±2,50

(PAQ23)

ВЕ0102 + katG::lacZ 2,63±0,03 3,12±0,01 » 51Д7±1,42**

(pAQ24)

ТА4479 katG::lacZ 3,33±0,05 5,04±0,05 » 18,45±1,58

(pAQ24)

Уровень индукции - отношение максимальной величины генной экспрессии при окислительном стрессе (ед. Миллера) к уровню экспрессии в отсутствие стресса. *- р<0,05 относительно уровня индукции в отсутствие путресцина; **- р<0,05 относительно стимулирующего эффекта путресцина в полиаминнезависимых штаммах.

В результате проведенных экспериментов установлено, что уровень индукции как охуЯ, так и кШО в зависимых по полиаминам штаммах при окислительном стрессе значительно ниже, чем в штаммах с ненарушенным синтезом полиаминов. В этих условиях добавка в среду путресцина вызывает стимуляцию генной экспрессии полиаминзависимых штаммов в большей степени, чем в клетках с ненарушенным синтезом полиаминов (табл. 2). Это еще раз подтверждает роль путресцина как транскрипционного модулятора генов охуЯ-регулона.

Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о том, что под действием перекиси водорода в клетках микроорганизмов происходит индукция активности ферментов синтеза полиаминов, и, как следствие, наблюдается возрастание пула клеточных полиаминов. Полиамины в условиях окислительного стресса оказывают стимулирующее влияние на экспрессию генов охуЯ-регулона как на уровне транскрипционного регулятора, так и на уровне генов-мишеней.

Влияние путресцина на экспрессию адаптивных генов через изменение топологии ДНК

Топология ДНК является одним из основных параметров, определяющих скорость транскрипционных процессов в клетке (Demple, 1996). Вместе с тем, в настоящее время практически отсутствуют данные о регуляторном влиянии топологических изменений ДНК на экспрессию генов адаптации к окислительному стрессу, в частности охуЯ. Топологическое состояние ДНК определяется такими факторами как активность ферментов системы топологического гомеостаза (топоизомеразы), концентрация ионов в клетке, взаимодействие с ДНК-связывающими белками и др. По мнению некоторых авторов полиамины как поликатионы могут оказывать влияние также на структуру ДНК (Bloomfield, 1996, Ткаченко и др., 1997; 1998). Это послужило основанием для исследования возможного эффекта полиаминов на топологию ДНК и зависимости экспрессии адаптивных генов от данного фактора в условиях окислительного стресса.

Рис. 6. Зависимость топологического состояния ДНК Е, coli BGF930 (pBR322) от содержания путресцина в среде.

А - электрофореграмма, В - графическое изображение.

Исследования топологической активности путресцина показали, что по мере увеличения концентрации путресцина в среде культивирования происходит пропорциональный сдвиг количественного распределения топоизомеров плазмидной ДНК в сторону более высокого среднего значения Lk (рис. 6). Это свидетельствует о том, что путресцин в концентрациях, близких

к физиологическим, вызывает увеличение степени отрицательной суперспирализации ДНК.

Роль полиаминов в поддержании нативной конформации нуклеиновых кислот известна давно (Flink, Petijohn, 1975). Одним из ее проявлений считают более прочное удержание комплементарных нитей ДНК от расхождения в процессе денатурирующего воздействия, что проявляется, в частности, в повышении точки плавления (Esposito et ai, 1997). Это же свойство полиаминов, по-видимому, обусловливает их эффект на топологию ДНК, когда более жесткое удержание нитей ДНК при изменении числа зацеплений (ALk) способствует образованию супервитков (Wr) при малом изменении числа оборотов одной цепи вокруг другой (Tw) согласно известному уравнению: ALk=Tw+Wr (Wang, Sivanen, 1992). Наряду с прямым стимулирующим действием на суперспирализацию ДНК, регуляторный эффект путресцина может быть обусловлен ингибированием активности релаксирующего фермента ДНК-топоизомеразы I (Basu et al., 1997). В условиях окислительного стресса нами обнаружена взаимосвязь между концентрацией путресцина и топологическими характеристиками ДНК. В экспериментах без добавок полиаминов в среду увеличение их содержания в клетке предшествует возрастанию степени отрицательной суперспирализации ДНК.

Описанные нами свойства путресцина как модулятора топологии ДНК послужили основанием для изучения эффекта путресцина на уровень экспрессии oxyR в условиях воздействия ингибиторов ДНК-гиразы, фермента ответственного за образование супервитков на ДНК Е. coli. В качестве ингибиторов использованы налидиксовая кислота, которая отрицательно влияет на топоизомеразную активность субъединиц А ДНК гиразы и новобиоцин, избирательно подавляющий АТФазную активность субъединиц В этого фермента (Mensel, Geliert, 1983).

В условиях окислительного стресса уровень экспрессии oxyR устойчивого к налидиксовой кислоте штамма Е. coli BGF930 снижается незначительно, и добавка путресцина не оказывает сильного эффекта (рис. 7). В то же время, внесение этого же ингибитора в культуру чувствительного штамма Е. coli BGF940 сопровождается существенным (около 30%) снижением уровня индукции oxyR при окислительном стрессе. В этом случае путресцин приблизительно на 60% стимулирует генную экспрессию ингибированной культуры. Качественный и количественный эффект новобиоцина на культуру

штамма Е. coli BGF940, чувствительного к данному ингибитору, сходен с воздействием налидиксовой кислоты, и действие путресцина близко к описанному для экспериментов с налидиксовой кислотой (рис. 7).

Рис. 7. Влияние ингибиторов ДНК-гиразы на уровень экспрессии oxyR Е. coli BGF940 (чувствительный к ингибиторам) и BGF930 (устойчивый к налидиксовой кислоте) при окислительном стрессе.

Уровень индукции 1 - в культуре без добавок (контроль); 2 - в присутствии ингибитора; 3 - в присутствии ингибитора и 5 мМ путресцина; 4 - стимулирующий эффект путресцина на генную экспрессию в присутствии ингибитора. Уровень индукции - отношение максимальной величины генной экспрессии при окислительном стрессе (ед. Миллера) к уровню экспрессии в отсутствие стресса.

*-р<0,05 относительно контроля (1); **-р<0,05 относительно ингибированной культуры (2); ***-р<0,05 относительно стимулирующего эффекта путресцина в культуре BGF930.

Наблюдаемое сходство эффекта различных по механизму действия ингибиторов свидетельствует о том, что в основе описанных изменений уровня экспрессии oxyR лежат топологические изменения ДНК. Роль полиаминов как антагонистов ингибиторов ДНК-гиразы является следствием их топологической активности, хотя в данном случае нельзя полностью исключить и их возможные функции как блокаторов пориновых каналов, ограничивающих поступление антибиотиков в клетку (Samartzidou, Delcour, 1999).

Таким образом, результаты, полученные при изучении влияния путресцина на степень суперспирализации ДНК, свидетельствуют о его топологической активности в условиях окислительного стресса. Топология ДНК,

в свою очередь, может выступать в качестве одной из причин возрастания промоторной активности генов антиоксидантной защиты, входящих в состав oxyR регулона.

Полиамины как ДНК-протекторы в процессе адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу

Известно, что одними из наиболее уязвимых компонентов клетки под действием окислительного стресса являются нуклеиновые кислоты. В последнее время в литературе появились данные об участии полиаминов в предотвращении повреждений ДНК активными формами кислорода. В частности, описано протекторное свойство спермина в защите нитей ДНК от разрывов, индуцированных АФК (На et ah, 1998). Это дало нам основание исследовать наличие аналогичного свойства у путресцина, преобладающего в количественном отношении у Е. coli.

Повреждающее действие перекиси водорода на ДНК реализуется посредством ее химического превращения в свободный гидроксильный радикал (ОН) при участии металлов с переменной валентностью в реакции Фентона (Storz, Imlay, 1999). Для воспроизведения реакции Фентона в настоящей работе использована смесь Н2О2 с Cu(II) в соотношении 1,5 мМ H2O2 /0,5 мМ СиС12. При этой концентрации субстратов в результате реакции образуется такое количество ОН, которого достаточно для почти полного превращения суперспирализованной фракции плазмиды pBR322 в релаксированную посредством одно- и двухцепочечных разрывов (рис. 8). Известно, что супервитки могут создаваться и удерживаться только на ковалснтно замкнутых молекулах ДНК, поэтому одним из критериев ее целостности является содержание суперспирализованной фракции плазмиды по отношению к релаксированой.

Предшествующее запуску реакции Фентона добавление в реакционную смесь путресцина в концентрациях, близких к физиологическим, оказывало значительный протекторный эффект, проявлением которого является увеличение суперспирализованной фракции плазмиды за счет пропорционального снижения количества релаксированной ДНК (рис. 8). Сила протекторного действия была прямо пропорциональна концентрации полиамина. Таким образом, путресцин в присутствии АФК способствует сохранению целостной структуры ДНК.

i 60 ■

о с;

1мМ 2мМ SmM ЮмМ 20мМ

Путресцин

Рис. 8. Протекторное действие путресцина при повреждении ДНК pBR322 продуктами реакции Фентона (ОН).

1 - релаксированная фракция плазмиды; 2 — суперспирализованная фракция плазмиды.

Повреждения нуклеиновых кислот в процессе окислительного стресса часто вызывают гибель клеток. Однако даже в том случае, если повреждения не носят летальный характер, они, как правило, приводят к увеличению частоты мутаций (Gonzalez-Flecha, Demple, 1997). Поэтому для оценки воздействия полиаминов на защитные функции Е. coli было изучено влияние путресцина на содержание в культуре живых клеток и частоту мутаций.

Эксперименты показали, что путресцин, добавленный к среде культивирования в концентрации 5 мМ, приблизительно в 2 раза снижал частоту спонтанных мутаций (рис. 9). Это согласуется с его активностью как транскрипционного стимулятора oxyR регулона и свойствами как протектора ДНК. Функции полиаминов как ловушки свободных радикалов (На et al, 1998), а также их способность вызывать конденсацию и компактизацию ДНК (Bloomfield, 1996) также могут вносить свой вклад в антимутагенный эффект.

Исследование воздействия путресцина на содержание живых клеток в культуре Е. coli, подвергнутой окислительному стрессу, показало, что наиболее эффективно действие путресцина проявляется спустя 1,5-2 часа после стресса. В этот период путресцин в концентрации 5 мМ приблизительно в 2 раза повышает

содержание живых клеток в культуре (рис. 9). По времени проявления эффекта и его кратности это приблизительно соответствует параметрам уровня генной экспрессии и частоты спонтанных мутаций, что указывает на взаимосвязь этих событий.

Рис. 9. Влияние путресцина на выживаемость и частоту мутаций Е. coli BGF940 при окислительном стрессе.

1,3- окислительный стресс в отсутствие путресцина (контроль); 2, 4 - то же в присутствии 5 мМ путресцина в среде. *- р<0,05 относительно контроля (1); **- р<0,05 относительно контроля (3).

Таким образом, путресцин в условиях окислительного стресса снижает частоту спонтанных мутаций и повышает количество жизнеспособных клеток в культуре. В основе данного эффекта лежит протекторное действие путресцина от повреждений ДНК активными формами кислорода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования роли полиаминов в защите Е coli от окислительного стресса демонстрируют их участие по меньшей мере в трех механизмах, обеспечивающих адаптацию этого микроорганизма к повреждающему действию перекиси водорода: (1) регуляция уровня экспрессии генов oxyR регулона; (2) регуляция промоторной активности генов посредством изменения топологии ДНК; (3) протекторное действие, направленное на сохранение целостной структуры ДНК. Таким образом, полиамины выполняют важные функции в защите микроорганизмов от окислительного стресса. В этих условиях наблюдается значительное увеличение активности системы синтеза и клеточного содержания этих биогенных поликатионов, которые значительно стимулируют активность генов oxyR регулона. Участие полиаминов в регуляции степени отрицательной суперспирализации ДНК оказывает дополнительный положительный эффект на экспрессию генов адаптации к окислительному стрессу. Возросшее содержание в клетке генных продуктов - ферментов, действие которых направлено на расщепление активных форм кислорода и репарацию повреждений, а также протекторное действие полиаминов по отношению к ДНК приводят к снижению частоты мутаций и возрастанию количества жизнеспособных клеток в культуре Е. coli, что свидетельствует о совокупной положительной роли полиаминов как стимуляторов защитных функций клеток в условиях окислительного стресса.

ВЫВОДЫ

1. Окислительный стресс индуцирует активность ферментов системы синтеза полиаминов Е. coli, орнитиндекарбоксилазы и лизиндекарбоксилазы, результатом чего является значительное возрастание в клетках содержания полиаминов.

2. Полиамины являются модуляторами экспрессии генов антиоксидантной защиты, оказывая стимулирующее воздействие на промоторную активность генов адаптации к окислительному стрессу как на уровне регуляторного гена (oxyR), так и на уровне гена мишени (katG).

3. Степень стимулирующего эффекта полиаминов на генную экспрессию - прямо пропорциональна глубине стрессового воздействия. В условиях аутоингибирования oxyR, вызванного высокими концентрациями перекиси водорода, путресцин оказывает значительно более выраженный эффект, чем при умеренном окислительном стрессе.

4. Путресцин обладает модулирующей активностью в отношении топологических свойств ДНК. Посредством стимуляции отрицательной суперспирализации, он способен повышать уровень экспрессии генов регулона антиоксидантной защиты.

5. В условиях окислительного стресса полиамины выступают в роли ДНК-протекторов. Путресцин защищает ДНК от разрывов, индуцированных активными формами кислорода, а также снижает количество спонтанных мутаций в присутствии перекиси водорода.

6 В условиях окислительного стресса действие полиаминов как регуляторов активности адаптивных генов, протекторов ДНК и антимутагенных факторов приводит к усилению защитных функций клеток от повреждающего действия активных форм кислорода, что в конечном итоге проявляется в увеличении количества жизнеспособных клеток в культуре Е. coli.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Tkachenko A.G., Salakhetdinova O.Ya., Pshenichnov M.R., Nesterova L.Yu. Exchange of putrescine and potassium between cell and environment as factor of Escherichia coli adaptation to saline stress//Intern. Symp. on stress and inorganic nitrogen assimilation: Abstr. - Moscow, 1996. - P. 107.

2. Нестерова Л.Ю., Ткаченко А.Г., Салахетдинова О.Я., Пшеничное М.Р. Влияние гипоосмотического шока на обмен путресцина и калия между клеткой и средой//В кн.: Микробное разнообразие: состояние, стратегия сохранения, экологические проблемы: Тез. докл. Междунар. конф. - Пермь, 1996. - С. 72.

3. Салахетдинова О.Я., Ткаченко А.Г., Пшеничное М.Р., Нестерова Л.Ю. Обмен путресцина и калия между клеткой и средой как фактор адаптации Escherichia coli к стрессу аммонийного голодания//Там же. - С. 96.

4. Салахетдинова О.Я., Ткаченко А.Г., Пшеничное М.Р., Нестерова Л.Ю. Адаптивная реакция Escherichia coli на окислительный стресс в условиях смены физиологического состояния//В кн: Проблемы загрязнения окружающей среды: Тез. докл. Междунар. конф. - Пермь, 1998. - С. 76.

5. Ткаченко А.Г., Пшеничное М.Р., Салахетдинова О.Л., Нестерова Л.Ю. Роль путресцина и энергетического состояния клетки в регуляции топологии ДНК в процессе адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу/Лам же. -С. 81.

6. Ткаченко А.Г., Пшеничное М.Р., Салахетдинова О.Я., Нестерова Л.Ю. Роль транспорта путресцина и калия в регуляции топологического состояния

ДНК в процессе адаптации Escherichia coli к температурному стрессу//Микробиология. -1998. - Т. 67, N. 5. - С. 601-606.

7. Ткаченко А.Г., Пшеничное М.Р., Салахетдинова ОЛ., Нестерова Л.Ю. Роль путресцина и энергетического состояния Escherichia coli в регуляции топологии ДНК при адаптации к окислительному стрессу//Микробиология. -1999.-Т. 68, N. 1.-С. 27-32.

8. Нестерова Л.Ю. Зависимость экспрессии гена osmE от осмотического окружения и физиологического состояния Escherichia coli//B кн.: Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии: Тез. докл. Регион, конф. мол. ученых. - Пермь, 1999. - С. 95-96.

9. Салахетдинова О.Я., Пшеничное М.Р., Нестерова Л.Ю., Драчева НА, Ткаченко А.Г. Топологические изменения ДНК как отражение адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу в условиях голодания по глюкозе и при переходе к росту//Микробиология. - 2000. - Т. 69, N. 1. - С. 70-74.

10. Ткаченко А.Г., Нестерова Л.Ю., Пшеничное М.Р. Роль путресцина в регуляции экспрессии генов адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу//Микробиология. - 2001. - Т. 70, N. 2. - С. 168-173.

И. Ткаченко А.Г., Пшеничное М.Р., Нестерова Л.Ю. Путресцин как фактор защиты Escherichia coli от окислительного стресса//Микробиология. -2001. - Т. 70, N. 4. - С. 487-494.

12. Ткаченко А.Г., Пшеничнов М.Р., Нестерова Л.Ю., Федотова М.В. Структурно-функциональные свойства ДНК как объект защитных функций путресцина в адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу//В кн.: Проблемы загрязнения окружающей среды: Тез. докл. Междунар. конф. -Пермь, 2001.-С. 99.

13. Имполитов Д.В. Ткаченко А.Г., Нестерова Л.Ю. Влияние путресцина на уровень экспрессии генов soxДОрегулона Escherichia coli при супероксидном стрессе//Там же. - С. 74.

14. Нестерова Л.Ю., Ткаченко А.Г., Пшеничнов М.Р. Путресцин как транскрипционный стимулятор защитных функций Escherichia coli при пероксидном окислительном стрессе//Там же. - С. 86.

15. Шумков М.С., Ткаченко А.Г., Нестерова Л.Ю. Роль полиаминов в транскрипционной регуляции csiD, гена адаптации Escherichia coli к стрессу углеводного голодания//Там же. - С. 107.

16. Tkachenko A., Nesterova L., Pshenichnov M. The role of the natural polyamine putrescine in defense against oxidative stress in Escherichia colif/Arch. Microbiol.-2001.-V. 176.-P. 155-157.

17. Нестерова Л.Ю., Федотова M.B., Ткаченко А.Г. Путресцин как регулятор экспрессии генов oxyR регулона Escherichia coli при оксилительном стрессе//В кн.: Биология - наука XXI века: Тез. докл. 6-й Путинской школы-конф. мол. учёных. - Тула, 2002. - Т. 1. - С. 290.

18. Имполитов Д.В., Нестерова Л.Ю., Ткаченко А.Г. Влияние путресцина на экспрессию генов soxRS регулона при супероксидном//Там же. - С. 264.

19. Шумков М.С., Нестерова Л.Ю., Ткаченко А.Г. Путресцин как. модулятор экспрессии rpoS и csiD генов адаптации Escherichia coli к стационарной фазе//Там же. - С. 348.

20. Ткаченко А.Г., Чудинов А.А., Пшеничное М.Р., Нестерова Л.Ю., Шумков М.С. Полиамины как регуляторы адаптивных ответов микроорганизмов на стресс углеводного голодания//В кн.: Региональный конкурс РФФИ - Урал. Результаты научных исследований, полученные за 2001г. Аннотац. отчеты. - Пермь, 2002. - С. 108-111.

21. Ткаченко А.Г., Чудинов АА, Пшеничное М.Р., Нестерова Л.Ю., Шумков М.С. Полиамины как регуляторы адаптивных ответов микроорганизмов на стресс углеводного голодания//В кн.: Региональный конкурс РФФИ - Урал. Результаты научных исследований, полученные за 2001г. Аннотац. отчеты. - Пермь, 2003. - С. 229-233.

22. Ткаченко А.Г., Нестерова Л.Ю. Полиамины как модуляторы экспрессии генов окислительного стресса у Escherichia coli//Биохимия. - 2003. -Т. 68, вып. 8.-С. 1040-1048.

Лицензия ПД-11-0002 от 15.12.99

Подписано в печать. 09.09.2004. Набор компьютерный. Бумага ВХИ. Формат 60X90/16. Усл. печ. л. 1.63. Заказ № 660/2004. Тираж 100 экз.

Отпечатано на ризографе в отделе Электронных издательских систем ОЦНИТ Пермского государственного технического университета 614000, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к.113, т.(3422) 198-033

»16 А

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Нестерова, Лариса Юрьевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы.

1.1. Формирование активных форм кислорода и их токсическое действие на основные компоненты клетки

1.1.1. Формирование АФК

1.1.2. Повреждающее действие АФК на компоненты клетки

1.2. Общие регуляторные механизмы адаптации микроорганизмов к стрессовым условиям

1.2.1. Двухкомпонентные сигналпроводящие системы

1.2.2. «Ощущение кворума»

1.2.3. Белки, сочетающие свойства сенсоров и транскрипционных регуляторов;

1.2.4. а-факторы

1.2.5. Влияние топологического состояния ДНК на генную экспрессию

1.2.6. Регуляция адаптивного ответа на посттранскрипционном уровне

1.3. Особенности адаптивного ответа микроорганизмов на окислительный стресс

1.3.1. Регулоны защиты от окислительного стресса

1.3.2. Детоксикация АФК

1.3.3. Ограничение поступления АФК в клетку

1.3.4. Активный выброс из клетки генераторов АФК

1.3.5. Биосинтез изоферментов устойчивых к АФК

1.3.6. Регуляция уровня ионов металлов

1.3.7. Регенерация и репарация повреждений

1.4. Полиамины. Физиологическая роль полиаминов

1.4.1. Пути биосинтеза полиаминов

1.4.2. Физиологическая роль полиаминов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования и условия культивирования

2.2. Выделение плазмидной ДНК из клеток Escherichia coli

2.3. Трансформация Escherichia coli плазмидной ДНК

2.4. Определение степени суперспирализации ДНК

2.5. Определение содержания полиаминов в клетке и в среде

2.6. Определение активности ферментов полиаминсинтезирующей системы

2.7. Определение активности (3- галактозидазы

2.8. Определение содержания белка

2.9. Определение частоты мутаций

2.10. Подсчет числа живых клеток

2.11. Статистическая обработка данных

РЕЗУЛЬ ТА ТЫ

ГЛАВА 3. Роль полиаминов в регуляции экспрессии генов oxyR регулона Escherichia coli

3.1. Отклик системы синтеза полиаминов на окислительный стресс как индикатор их возможной роли в антиоксидантной защите

3.2. Влияние окислительного стресса на экспрессию гена oxyR

3.3. Влияние полиаминов на экспрессию генов антиоксидантной защиты

3.4. Специфичность эффекта полиаминов на экспрессию генов окислительного стресса

ГЛАВА 4. Влияние путресцина на экспрессию адаптивных генов через изменение топологии ДНК

4.1. Роль полиаминов в регуляции топологии ДНК в условиях окислительного стресса

4.2. Влияние путресцина на экспрессию гена oxyR через изменение топологического состояния ДНК

ГЛАВА 5. Полиамины как ДНК-протекторы в процессе адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу

5.1. Роль путресцина в защите ДНК от разрывов, индуцированных АФК

5.2. Влияние путресцина на частоту мутаций и выживаемость Е. coli при окислительном стрессе

ГЛАВА 6. Обсуждение результатов

6.1. Роль полиаминов в регуляции экспрессии генов oxyR регулона Escherichia coli

6.2. Влияние путресцина на экспрессию адаптивных генов через изменение топологии ДНК

6.3. Полиамины как ДНК-протекторы в процессе адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль полиаминов в защите Escherichia Coli от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода"

Актуальность проблемы. В природных популяциях бактерии находятся под действием постоянно меняющихся условий окружающей среды. В процессе эволюции у микроорганизмов формировались и совершенствовались механизмы, позволяющие выживать при резких изменениях параметров среды, которые можно определить как стресс, а факторы их вызывающие - как стрессовые. Изучение процессов адаптации микроорганизмов к стрессу в настоящее время является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений микробиологии. Окислительный стресс относится к наиболее распространенным видам неблагоприятных, воздействий внутренней или внешней среды. Он возникает в результате действия на клетку активных форм кислорода. Согласно одной из гипотез, любой вид неблагоприятных воздействий в конечном итоге приводит к развитию окислительного стресса (Aldsworth et aL, 1999). Это происходит в результате нарушения сопряжения энергетического и конструктивного метаболизма что, по сути, происходит в той или иной степени в любых стрессовых ситуациях. Избыток энергии, возникающий в этих условиях, способствует образованию свободных радикалов, которые повреждают различные клеточные структуры, что в конечном итоге может привести к гибели клетки.

Использование микроорганизмов в качестве модели для изучения повреждающего эффекта активных форм кислорода на клетку приобретает актуальность в связи с тем, что свободные радикалы в некоторых случаях являются причиной злокачественного перерождения эукариотических клеток, механизмы которого остаются во многом не исследованными. Кроме того, повреждение различных клеточных компонентов, вызванное активным кислородом, может быть одной из причин старения и возникновения различных заболеваний человека и животных.

Интенсивные исследования в области микробиологии и молекулярной биологии обеспечили значительный прогресс в изучении генов и закодированных в них белков, участвующих в адаптации микроорганизмов к окислительному стрессу (Demple, 1999). Вместе с тем вопрос о механизмах, лежащих в основе регуляции стрессовых реакций клеток во многом остается не изученным. В частности, недостаточно полно исследована роль метаболических факторов в регуляции адаптивного ответа клетки на транскрипционном уровне. Среди факторов метаболической регуляции в последние годы особенно возрос интерес к биогенным полиаминам. Показано участие этих клеточных компонентов во многих реакциях макромолекулярного синтеза, включая репликацию ДНК, транскрипцию, трансляцию, биосинтез фосфолипидов и другие процессы жизнеобеспечения; клетки (Igarashi, Kashiwagi, 2000).

В последнее время появилось множество данных о том, что полиамины могут оказывать влияние на клеточные процессы как у микроорганизмов так и у эукариот. Известно, что эти соединения участвуют в регуляции не только нормального клеточного цикла, но и выполняют очень важные функции в патогенезе злокачественных новообразований (Tatib et al, 1998; Sandgren et al., 2003). Многие данные свидетельствуют о том, что полиамины могут быть мишенью для терапевтического вмешательства в случае некоторых типов рака (Thomas, Thomas, 2001) и паразитарных инфекциях (Fairlamb, Le Quesne, 1997). Некоторые авторы отмечают также участие полиаминов в процессе запрограммированной клеточной смерти (Shipper, 2000; Thomas et al., 2001; Nitta et al., 2002), но вопрос этот требует дальнейшего изучения.

Особенность молекулярной структуры полиаминов определяет их роль как биогенных поликатионов, которые реагируют с отрицательно заряженными компонентами клетки, главным образом с ДНК (Kashiwagi et al., 1986). В то же время имеются данные о регуляции полиаминами промоторной активности некоторых генов эукариот (Bryans et al.> 1996). Эти свойства полиаминов, а также влияние, которое они оказывают на адаптацию клеток Е. coli к осмотическому, тепловому и др. видам стрессовых воздействий (Ткаченко и др. 1996, 1997, 1998), обосновывают необходимость изучения их роли в адаптации микроорганизмов к окислительному стрессу, в частности возможного влияния на экспрессию генов пероксидного стресса.

Целью данной работы является выяснение роли полиаминов в адаптации Е. coli к условиям окислительного стресса, индуцированного перекисью водорода. Исходя из цели работы, были поставлены следующие основные задачи:

1. Исследовать активность ферментов системы синтеза полиаминов в условиях окислительного стресса.

2. Изучить влияние полиаминов на уровень экспрессии генов туЯ-регулона под действием перекиси водорода и его зависимость от глубины стрессового воздействия.

3. Охарактеризовать влияние полиаминов на топологию ДНК при окислительном стрессе.

4. Изучить влияние степени суперспирализации ДНК на экспрессию гена oxyR под действием перекиси водорода.

6. Изучить антимутагенные свойства путресцина.

Показана зависимость топологии ДНК от концентрации путресцина и активности гена oxyR от степени отрицательной суперспирализации ДНК. На основе этого сделан вывод о роли путресцина как модулятора топологического состояния ДНК в механизме транскрипционной регуляции генов oxyR регулона.

Ранее неизвестными являются данные о роли путресцина в защите ДНК от разрывов в условиях реакции Фентона в системе in vitro. Результаты, демонстрирующие наличие у путресцина антимутагенных свойств и положительный эффект этого диамина на количество живых клеток в культуре в условиях окислительного стресса также являются новыми.

Полученные результаты расширяют представление о механизме действия полиаминов в регуляции клеточного метаболизма и определяют роль этих поликатионов в модуляции адаптивного ответа Е. coli на окислительный стресс как: 1) модуляторов транскрипции адаптивных генов; 2) протекторов ДНК; 3) антимутагенных факторов.

Материалы диссертации использованы при составлении курса лекций «Адаптация микроорганизмов к стрессу», входящего в программу обучения на кафедре микробиологии и иммунологии Пермского Государственного Университета.

Основные положения, выносимые на защиту.

3. Возрастание количества жизнеспособных клеток в культуре при окислительном стрессе обусловлено свойствами полиаминов как модуляторов генной экспрессии и ДНК-протекторов, снижающих частоту мутаций.

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Нестерова, Лариса Юрьевна

106 выводы

3. Степень стимулирующего эффекта полиаминов на генную экспрессию — прямо пропорциональна глубине стрессового воздействия. В условиях аутоингибирования oxyR, вызванного высокими концентрациями перекиси водорода, путресцин оказывает значительно более выраженный эффект, чем при умеренном окислительном стрессе.

6. В условиях окислительного стресса действие полиаминов как регуляторов активности адаптивных генов, протекторов ДНК и антимутагенных факторов приводит к усилению защитных функций клеток от повреждающего действия активных форм кислорода, что в конечном итоге проявляется в увеличении количества жизнеспособных клеток в культуре Е. coli.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что полиамины принимают активное участие в адаптации Escherichia coli к окислительному стрессу. Под действием перекиси водорода значительно возрастает активность основного фермента синтеза полиаминов орнитиндекарбоксилазы, а также лизиндекарбоксилазы, продуктом которой является кадаверин.

В условиях умеренного окислительного стресса происходит возрастание активности» гена oxyR. В отличие от этого под действием сильного окислительного стресса возрастания активности oxyR не наблюдается по причине аутоингибирования транскрипции oxyR окисленной формой продукта данного гена.

В присутствии перекиси водорода полиамины значительно стимулируют активность oxyR — регуляторного гена адаптации к пероксидному стрессу, а также гена katG, который входит в состав oxyR регулона и кодирует гидропероксидазу I* - один из важнейших для выживания в условиях окислительного стресса ферментов. В условиях сильного окислительного стресса стимулирующий эффект путресцина на уровень транскрипции oxyR проявляется сильнее, чем в условиях умеренного стресса.

Стимулирующее действие полиаминов на уровень экспрессии oxyR выявлено как при их искусственном внесении в среду, так и в его отсутствии. В последнем случае увеличение концентрации путресцина в клетке и среде под действием окислительного стресса сопровождается возрастанием активности oxyR.

Участие полиаминов в регуляции уровня экспрессии генов адаптации к окислительному стрессу подтверждается использованием в экспериментах ингибиторов основного фермента синтеза полиаминов орнитиндекарбоксилазы. Подавляя активность ОДК, эти соединения уменьшают содержание полиаминов в клетке, что приводит к снижению активности oxyR. Присутствие в среде физиологических концентраций путресцина не только полностью снимает ингибирующий эффект этих соединений на уровень экспрессии исследуемого гена, но и вызывает ее стимуляцию.

В экспериментах по изучению влияния путресцина на топологию ДНК обнаружена прямая зависимость степени отрицательной суперспирализации ДНК Е. coli от содержания путресцина в среде. Путресцин оказывает стимулирующий дозозависимый эффект на среднее значение Lk, что говорит о его топологической активности. Возрастание степени суперспирализации ДНК в ответ на добавку в среду путресцина, как показали наши эксперименты, имеет место и в условиях окислительного стресса. Взаимосвязь концентрации путресцина и топологии ДНК прослеживается и в случае, когда добавки полиаминов в среду не производились. В этом случае подъем уровня путресцина в клетке в присутствии перекиси водорода предшествует возрастанию степени отрицательной суперспирализации ДНК.

Установлена прямая корреляция между уровнями суперспирализации ДНК и экспрессии гена oxyR в клетках Е. coli в процессе адаптации к окислительному стрессу. Это позволяет говорить о том, что одной из причин возрастания промоторной активности oxyR в условиях окислительного стресса является изменение топологии ДНК. Влияние топологии ДНК на активность генов адаптации к окислительному стрессу подтверждается и результатами экспериментов с использованием ингибиторов ДНК-гиразы, которые заметно снижают уровень экспрессии oxyR. Показано, что в данном случае добавленные в среду полиамины играют роль антагонистов ингибиторов ДНК-гиразы и восстанавливают пониженный уровень генной экспрессии, что, по-видимому, является следствием их топологической активности.

В опытах in vitro с воспроизведением реакции Фентона показан значительный протекторный эффект путресцина, сила которого по отношению к ДНК прямо пропорциональна концентрации полиамина.

Это свидетельствует о том, что одним из направлений защитного действия полиаминов в условиях окислительного стресса является сохранение целостной структуры ДНК.

Еще одним эффектом полиаминов в условиях перекисного стресса является обнаруженная нами способность путресцина снижать частоту спонтанных мутаций и увеличивать количество жизнеспособных клеток в культуре Е. coli. По времени проявления и кратности эффекта эти два параметра коррелируют с изменениями уровня генной экспрессии, что дает основания говорить о взаимосвязи этих событий.

Таким образом, исследование роли полиаминов в защите Е. coli от окислительного стресса показывает их участие по меньшей мере в трех механизмах, обеспечивающих адаптацию этого микроорганизма к: повреждающему действию перекиси водорода: 1) регуляция уровня экспрессии генов oxyR регулона; 2) регуляция промоторной активности генов посредством изменения топологии ДНК; 3) протекторное действие, направленное на сохранение целостной структуры ДНК.

Исходя из вышесказанного, складывается впечатление о полиаминах, как о важных участниках регуляции адаптивных реакций микроорганизмов в ответ на окислительный стресс. В» стрессовых условиях наблюдается значительное увеличение активности системы синтеза этих биогенных поликатионов. Способность клетки быстро изменять содержание данных соединений при стрессовых воздействиях имеет важное адаптивное значение. В условиях окислительного стресса полиамины значительно стимулируют активность генов oxyR регулона, обеспечивающего защиту клетки от повреждающего действия перекиси водорода. Полиамины участвуют в регуляции степени отрицательной суперспирализации ДНК, которая в свою очередь тоже оказывает влияние на экспрессию генов адаптации к окислительному стрессу. Возросшее содержание в клетке генных продуктов-ферментов, действие которых направлено на расщепление активных форм кислорода и репарацию повреждений, а также протекторное действие полиаминов по отношению к ДНК приводят к снижению частоты мутаций и возрастанию количества жизнеспособных клеток в культуре Е. coli, что свидетельствует о совокупной положительной роли полиаминов как стимуляторов защитных функций клеток в условиях окислительного стресса.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Нестерова, Лариса Юрьевна, Пермь

1. Грагеров А.И. Влияние сверхспирализации ДНК на основные генетические процессы у прокариот / А.И. Грагеров, С.М. Миркин//Мол. Биол. - 1980. - Т. 14. - С. 8-34.

2. Грузина В.Д. Коммуникативные сигналы бактерий / В.Д. Грузина//Антибиотики и химеотерапия. 2003. - Т. 48. - N. 10. - С. 32-39.

3. Лущак В.И. Окислительный стресс и механизмы защиты от него у бактерий / В.И. Лущак//Биохимия. 2001. - Т. 66. - N. 5. - С. 592-609.

4. Маниатис Т. Молекулярное клонирование / Т. Маниатис, Э. Фрич, Дж. Сембрук//Москва: Мир, 1984. С. 157-175.

5. Олескин А.В. Колониальная организация и межклеточная коммуникация у микроорганизмов / А.В. Олескин, И.В. Ботвинко, Е.А. Цавкелова//Микробиология. 2000. - Т. 69. - N. 3. - С. 309-327.

6. Островский Д.Н. Окислительный стресс у бактерий//53-е Баховское чтение, 17 марта 1997 / Д.Н. Островский. Москва, 1997. - С. 23.

7. Перт С.Д. Основы культивирования микроорганизмов и клеток / С.Д. Перт. Москва: Мир, 1978. - С. 930.

8. Ткаченко А.Г. Роль внутриклеточного пула полиаминов в регуляции конструктивного обмена Escherichia coli в процессе аэробно-анаэробных переходов / А.Г. Ткаченко, А. А. Чудинов, Н.С. Чурилова//Микробиология. 1989. - Т. 58. - N 5. - С. 709-715.

9. Ткаченко А.Г. Распределение полиаминов у Escherichia coli и их роль в обмене калия между клеткой и средой в процессе аэробно-анаэробных переходов / А.Г. Ткаченко, А. А. Чудинов, О .Я. Салахетдинова//Микробиология. 1996. - Т 65. - N. 1. - С. 10-14.

10. Ткаченко А.Г. Обмен путресцина и калия между клеткой и средой как фактор адаптации Eschirichia coli к гиперосмотическому шоку / А.Г. Ткаченко, О.Я. Салахетдинова, М.Р. Пшеничнов//Микробиология. -1997. Т. 4. - N. 3.- С. 329-334.

11. Харди К.Дж. Выделение бактериальных плазмид//Плазмиды. Методы / К.Дж. Харди. Москва: Мир, 1989. — С. 11-18.

12. Чудинов А. А. Метод определения низкомолекулярных олигоаминов в различном биологическом материале / А.А. Чудинов., Л.А. Чудинова, В.П. Коробов//Вопросы мед. химии. 1984. - Т. 30. - N 4. - С. 127132.

13. Abraham К.A. Role of polyamines in macromolecular synthesis / K.A. Abraham., A. Pihl//Trends Biochem Sci. 1981. - P. 106-107.

14. Adhya S. The lac and gal operons today//Regulation of gene expression in Escherichia coli / S. Adhya//ed. by E.C.C. Lin and A.S. Linch, R.G. Landes Company. 1996. - P. 181-200.

15. Aldsworth T.G. Bacterial suicide through stress / T.G. Aldsworth, R.L. Sharman, E.R. Dodd//Cell. Mol. Life Sci. 1999. - V. 56. - P. 378-383.

16. Aim K. Topoisomerase II is nonfunctional in polyamine depleted cells / K. Aim, P. Berntsson, S.M. Oredsson//Journal of Cellular Biochemistry. -1999.-V. 75.-P.46-55.

17. Almeida C.E.B. Copper ions mediate the lethality induced by hydrogen peroxide in low iron conditions in Escherichia coli / C.E.B. Almeida., R.S. Galhardo, D.L. Felicio, et al.//Mutation research. 2000. - V. 460. - P. 61-67.

18. Altuvia S. Switching on and off with RNA / S. Altuvia, E.G.H. Wagner//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. - V. 97. - P. 9824-9826.

19. Altuvia S. A small, stable RNA induced by oxidative stress: role as a pleotropic regulator and antimutator / S. Altuvia, D. Weinstein-Finkel, A. Zhang, et al.//Cell. 1997. - V. 90. - P. 43-53.

20. Ames B.N. Oxidants, antioxidants and degenerative disease of aging / B.N. Ames, M.K. Shigenaga, T.M. Hagen//Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1993. -V. 90.-P. 7915-7922.

21. Ames B.M. Oxidants are the major contributor to aging / B.N. Ames, M.K. Shigenaga//Ann. New York Acad. Sci. 1992. - V. 663. - P. 85-96.

22. Andrews S.C. Bacterial iron homeostasis / S.C. Andrews, A.K. Robinson, F. Rodriguez-Quinones//FEMS Microbiology Reviews. 2003. - V. 27. -P. 215-237.

23. Arfin S.M. Global gene expression profiling in Escherichia coli K12 / S.M. Arfin, A.D. Long, E.T. Ito, et al.//J. Biol. Chem. 2000. - V. 275. - N. 38. -P. 29672-29684.

24. Asad L.M.B.O. Role of SOS and OxyR systems in the repair of Escherichia coli submitted to hydrogen peroxide under low iron condition / L.M.B.O. Asad, N.R. Asad, A.B. Silva//Biochemie. 1997. - V. 79. - P. 359-364.

25. Aslund F. The thioredoxin superfamily: redundancy, specificity, and gray-aria genomics / F. Aslund, J. Beckwith//Bacteriol. 1999. - V. 181. - P. 13751379.

26. Bachrach U. Function of naturally occurring polyamines / U. Bachrach//Academic N.Y. 1973.

27. Bahloul A. Role of Escherichia coli histone-like protein HU in DNA replication: HU-beta suppresses the termosensitivity of dnaA46ts / A. Bahloul, F. Boubrik, J. Rouviere-Yaniv//Biochemie. 2001.- V. 83. - P. 219-229.

28. Barr D.P. ESR spin trapping of a protein-derived tyrosyl radical from the reaction cytochrome с with hydrogen peroxide / D.P. Barr, M.R. Gunther, L.J. Deterling, et al.//J. Biol. Chem. 1996. - V. 271. - P. 15498-15505.

29. Basu A.K. Genetic effects of thymine glycols: site specific mutagenesis mid molecular modeling studies / A.K. Basu, E.L. Loechler, L.A. Leadon, et al.//J. Biol. Chem. 1989. - V. 86. - P. 7677-7681.

30. Basu H.S. Effects of spermine and its cytotoxic analogs on nucleosome formation on topologically stressed DNA in vitro / H.S. Basu, I.V. Smirnov, H.F. Peng, K. Tiffany, et al.//Biochem. 1997. - V. 243. - P. 247-258.

31. Beinert H. Fe-S protein in sensing and regulatory function / H. Beinert, P.J. Kiley//Current Opinion in Microbiol. 1999. - V. 3. - P. 152-157.

32. Benov L.T. Escherichia coli expresses a copper- and zinc-containing superoxide dismutase / L.T. Benov, I. Fridovich//J. Biol. Chem. 1994. - V. 269. -P. 25310-25314.

33. Benov L. Induction of the sox RS regulon of Escherichia coli by glycolaldehyde / L.T. Benov, I.Fridovich//Archives of Biochemistry and Biophisics. 2002. - V. 407. - P. 45-47.

34. Berger J.M. Structure of DNA topoisomerase / J.M. Berger/ZBiochem. Biophis. Ac. 1998. - V. 140. - P. 3-18

35. Bloomfield U.A. R.W. Wilson Interaction of polyamines with polynucleotides / U.A. Bloomfield, R.W. Wilson//Polyamines in biology and medicine. Eds. Morris D.R., Marton L.J., N.Y.: Marcel Dekker Inc., 1987. - P. 183-206.

36. Blum P.H. Cloning and in vivo and in vitro regulation of cyclic AMP-dependent carbon starvation genes from Escherichia coli / P.H. Blum, F.D. Jovanovich, M.P. McCann, J.E. Schultz, et al.//J. Bacteriol. 1990. - V. 172. - P. 3813-3820.

37. Bowman W.H. Spemiidine biosynthesis. Purification and properties of propilamine transferase from Escherichia coli / W.H. Bowman, H. Tabor//J. Biol. Chem. 1973. - V. 248. - N. 7. - P. 2480-2486.

38. Braun V. Iron uptake by Escherichia coli / V. Braun//Front Biosci. -2003.-V. 8.-P. 1409-1421.

39. Busby S. Transcription activation by catabolite activator protein (CAP) / S. Busby, R.H. Ebright//J. Mol. Biol. 1999. - V. 293. - P. 199-213.

40. Bryans M. Elevated cellular polyamine levels enhance promoter activity in vivo / M. Bryans, E. Harley, S.K. Gilmour//Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996. - V. 226. - P. 618-625.

41. Cadet J. Recent aspects of oxidative DNA damage: guanine lesions, measurement and substrate specificity of DNA Repair Glucosylases / J. Cadet., S. Bellon, M. Berger, et al.//Biol. Chem. 2002. - V.383. - P. 933-943.

42. Candeias L.P. Free hydroxy 1 radicals are formed on reaction between the neutrophil-derived species superoxide anion and hipochlorous acid / L.P. Candeias, K.B. Patel, M.R.L. Stratford, et al//FEBS Lett. 1993. - V. 333. - P. 151-153.

43. Carlioz A. Isolation of superoxide dismutase mutants in Escherichia coli: is superoxide dismutase necessary for aerobic life? / A.Carlios, D. Touati//EMBO. 1986. - V. 5. - P. 623-630.

44. Champoux J.J. DNA topoisomerases: structure, function and mechanism / J.J. Champoux//ANNU Rev. Biochem. 2001. - V. 70. - P. 369-413.

45. Chiu S.M. Radioprotection of cellular chromatin by the polyamines spermine and putrescine: preferential action against formation of DNA-protein crosslincs / S.M. Chiu, N.L. 01einick//Radiat. Res.-1997. V. 149. - P. 543-549.

46. Choi H.-J. Structural basis of the redox switch in the OxyR transcription factor / H.J. Choi, S.-J. Kim, P. Mukhopadhyay, et al.//Cell. 2001. -V. 105.-P. 103-113.

47. Conter A. Role of DNA supercoiling and RpoS sigma factor in the osmotic and growth phase-dependent induction of the gene osmE of Escherichia coli K12 / A. Conter, C. Menchon, C. Gutierrez//J.Mol.Biol. 1997. - V.273. - N.l. -P. 75-83.

48. Corella D. Effect of poliamine levels on the degradation of shortlived and long-lived proteins in cultured L-132 human lung cells / D. Corella, M. Guillen, J.M. Hernandes, et al.//Biochem. J. 1998. - V. 334. - P. 367-375.

49. Cozzarelli N.R. DNA gyrase and the supercoiling of DNA / N.R. Cozzarelli//Science. 1980. - V. 207. - P. 953-960.

50. Cozzone A.J. Protein phosphorylation in prokaryotes / A.J. Cozzone//Ann. Rev. Microbiol. 1988. - V. 42. - P. 97-125.

51. Crasnier M. Cyclic AMP and catabolite repression / M. Crasnier//Research in microbiology. 1996. - V. 147. - P. 479-482.

52. D'Ari R. DNA replication and indirect induction of the SOS response in Escherichia coli / R. D'Ari, O. Huisman//Biochem. 1982. - V. 64. -P. 623-627.

53. Davis R.H. Sequestered end products and enzyme regulation: the case of ornithine decarboxylase / R.H. Davis, D.R. Morris, P. Coffino//Microbiol. Rev. 1992. - V. 56. - P. 280-290.

54. Delkour A.H. Solute uptake through general porins / A.H. Delcour//Frontiers in Bioscience. 2003. - V. 8. - P. 1055-1071.

55. Demple B. Regulation of bacterial oxidative stress genes / B. Demple//Ann. Rev. Genet. 1991. - V.25. - P. 315-337.

56. Demple В. Redox signaling and gene control in the Escherichia coli soxRS oxidative stress regulon / B. Demple//Gene. 1996. - V. 179, N 1. - P. 5357.

57. Demple B. Repair of oxidative damage to DNA: enzymology and biology / B. Demple, L. Harrison//Ann. Rev. Biochem. 1994. - V. 63. - P. 915948.

58. Devies M.J. Radical mediated Protein oxidation / M.J. Devies, R.T. Dean//Chemistry to medicine.-Oxford University Press. 1997.

59. Diniello G.B. Streptomicin bacteriocidal action is dependent on polyamine endogenous levels in Escherichia coli / G.B. Diniello, I.D. Algranati, S.N. Goldemberg//Cill. Mol. Biol. 1998. - V. 44. - P. 521-526.

60. Ding H. The redox state of the 2Fe-2S. clusters in SoxR protein regulates its activity as a transcription factor / H. Ding, E. Hidalgo, B. Demple//Biol. Chem. 1996. - V. 52. - P. 33173-33175.

61. Douki T. Protection against radiation-induced degradation of DNA bases by polyamines / T. Douki, Y. Bretonniere, J. Cadet//Radiation Research. -2000.-V. 153.-P. 29-35.

62. Drlica K. Biology of bacterial deoxyribonucleic acid topoisomerases / K. Drlica//Microbiological Reviews. 1984. - V. 48. - N. 4. - P. 273-289.

63. Dukan S. Oxidative stress defense and deterioration of growth-arrested Escherichia coli cells / S. Dukan, T. Nystrom//The Journal of Biological Chemistry. 1999.-V. 274. - N. 37. - P. 26027-26032.

64. Eisenstark A. Role of Escherichia coli rpoS and associated genes in defense against oxidative damage / A. Eisenstark, M J. Calcutt, M. Becker-Hapak, et al.//Free Rad. Biol. Med. 1996. - V. 21. - P. 975-993.

65. Erickson J.W. Identification of the aE subunit of Escherichia coli RNA polymerase: a second alternate a factor involved in high-temperature gene expression / J.W. Erikson, С.А. Gross//Genes Dev. 1989. - V. 3. - P. 1462-1471.

66. Escolar L. Opening the iron box: transcriptional Metalloregulation by the Fur protein / L. Escolar, J. Perez-Martin, V. de Lorenzo//J. Bacterid., -1999.-P. 6223-6229.

67. Esposito D. Interactions with natural polyamines and thermal stability of DNA. A DSC study and a theoretical reconsideration / D. Esposito, P. Del Vecchio, G. Barone//J. Am. Chem. Soc. 1997. - V. 119. - P. 2606-2613.

68. Fabret C. Two-component signal tranduction in Bacillus subtilis: how one organism sees its world / C. Fabret, V.A. Feher, J.A. Hoch//J. Bacteriol. -1999.-P. 1975-1983.

69. Fairlamb A.H. Polyamine metabolism in Tripanosomes / A.H. Fairlamb, Le Quesne S.A.//CAB INTERNATIONAL. 1997. - P. 149-161.

70. Farr S.B. Oxidative stress responses in Escherichia coli and Salmonella tiphimurium / S.B. Farr, T. Kogoma//Microbiol. Rev. 1991. - V. 55. -P. 561-585.

71. Ferenci T. Regulation by nutrient limitation / T. Ferenci//Curr. Opin. Microbiol. 1999. - V. 15. - P. 81-90.

72. Fiedorow P. The influence of polyamines on polymerase chein reaction (PCR) / P. Fiedorov, Szweykowska-Kulinska//Acta Biochemica polonica. 1997. - V. 44. - N. 1. - P. 83-88.Q

73. Fischer D. The general stress sigma factor a of Escherichia coli is induced during diauxic shift from glucose to lactose / D. Fischer, A. Teich, P. Neubauer, et al.//J. Bacteriol. 1998 (Dec.). - V. 180. - N 3. - P. 6203-6206.

74. Flink I. Polyamines stabilize DNA folds / I. Flink, D.E. Petijohn//Nature. 1975. - V. 253. - P. 62-63.

75. Flint D. The inactivation of Fe-S cluster containing hudro-lyases by superoxide / D. Flint, J. Tumminello, M. Emptage//J. Biol. Chem. 1993. - V. 268. -P. 22369-22376.

76. Fridberg E.C. DNA repair of mutagenesis / E.S. Fridberg, G.C. Walker, W. Siede//ASM Press, Washington. 1995

77. Fridman B. Poliamine-based chemotherapy of cancer / B. Fridman, A. Valasinas//Exp. Opin. Ther. Patents. 1999. - V. 9. - N. 8. - P. 1055-1068.

78. Fridovich I. The biology of oxygen radicals /1. Fridovich//Science. -1978.-V. 201.-P. 875-880.

79. Fridovich I. Superoxide radical and superoxide dismutases / I. Fridovich//Ann. Rev. Biochem. 1995. - V. 64. - P. 97-112.

80. Fuqua W.C. Quorum sensing in bacteria: the Lux R-Lux I family of cell density-responsive transcriptional regulators / W.C. Fuqua, S. Winans, E. Greenberg//J. Bacteriol. 1994. - V. 176. - N. 2. - P. 269-275.

81. Fuschs E. In vitro synthesis of T3 and T4 RNA polymerase at low magnesium concentration / E. Fuschs, C.M. Fuschs//FEBS Lett. 1971. - V. 19. -P. 159-162.

82. Gardner P. Superoxide sensitivity of the Escherichia coli 6-phosphogluconate dehydrogenase / P. Gardner, I. Fridovich//J. Biol. Chem. 1991. -V. 266. - P. 1478-1483.

83. Gaudu P. Regulation of the SoxRS oxidative stress regulon / P. Gaudu, N. Moon, B. Weiss//J. Biol. Chem. 1997. - V. 272. - P. 5082-5086.

84. Gaudu P. SoxR, a 2Fe-2S. transcription factor, is active only in its oxidize form / P. Gaudu, B. Weiss//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. - V. 93. -P. 10094-10098.

85. Glansdorff N. Biosynthesis of arginine and polyamines / N. Glansdorff1 I Escherichia coli and Salmonella: cellular and molecular biology (2nd edn.), ed. F.C. Neidhardt et al. ASM Press, Washington: DC, 1996. P. 408-433.

86. Godsey M.H. Structural biology of bacterial multidrug resistens / M.H. Godsey, E.E.Z. Heldwein, R.G. Brennen//2002. V. 277. - N. 43. - P. 4016940172.

87. Gonzalez-Gil G. FIS is a regulator of metabolism in Escherichia coli / G. Gonsales-Gil, P. Bringman, R. Kahmann//Molecular Microbiology. 1996. -V. 22 .-N.1.-P. 21-29.

88. Good L. Translation repression by antisense sequences / L. Good//Cell. Mol. Life Sci. 2003. - V. 60. - P. 854-861.

89. Gort A.S. The regulation and role of the periplasmic copper, zinc superoxide dismutase of Escherichia coli / A.S. Gort, M. Ferber, A. Imlay//MolecuIar Microbiology. 1999. - V. 32. - N. 1. - P. 179-191.

90. Gort A. Balance between endogenous superoxide stress and antioxidant defenses / A. Gort, J. Imlay//Bacteriol. 1998. - V. 180. - P. 14021410.

91. Goudreau P.N. Signal transduction in bacteria: molecular mechanisms of stimulus-response coupling / A.M. Stock//Current Opinion in Microbiology. 1998. - V. 1. - P. 160-169.

92. Greenberg J.T. Positive control of a global antioxidant defense regulon activated by superoxide-generating agents in Escherichia coli / J.T. Greenberg, P.A. Monach, J.H. Chou, et al.//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990. -V. 87.-P. 6181-6185.

93. Grkovic S. Regulation of bacterial drug export system / S. Grcovic, M.H. Brown, A. Skurray//Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2002. -P. 671-701.

94. Gross R: Families of bacterial signal-transducing proteins / R. Gross, B. Arico, R. Rappuoli//Mol. Microbiol. 1989. - V. 3. - P. 1661-1667.

95. Grossowicz N. Mechanism of protection of cells by spermine against lisozyme-induced lysis / N. Grossowicz, M. Ariel//J. Bacteriol. 1963. - V. 85. - P. 293-300.

96. Ha H.C. The natural polyamine spermine function directly as a free radical scavenger / H. С. Ha, N.S. Sirisoma, P. Kuppusamy, et al.//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. - V. 95. - P. 11140-11145.

97. Hakenbeck R. Analysis of tow-component signal transduction systems involved in transcriptional regulation / R. Hakenbeck, J.B. Stock//Methods in Enzymol. 1996. - V. 273. - P. 281-300.

98. Halliwell B. Free radicals in Biology and Medcine (2nd ed.) / B. Halliwell, J.M.C. Gutteridge, Oxford: Clarendon Press., 1989.

99. Hassan M. Biosynthesis and regulation of superoxide dismutases / M. Hassan//Free Rad. Biol. Medicine. 1988. - V. 2. - P. 377-385.

100. Hausladen A. Superoxide and peroxinitrite inactive aconitases, but nitric oxide does not / M. Hausladen, I. Fridovich//Biol. Chem. 1994. - V. 269. -P. 29405-29408.

101. Heby О. Observations on the affinity between polyamines and nucleic acid / O. Heby, J. Agrell//Hope-Seyleir's Z. Physiol. Chem. 1971. - V. 352. - P. 29-38.

102. Hengge-Aronis R. Signal transduction and regulatory mechanisms involved in control of the oS (RpoS) subunit of RNA polymerase / R. Hengge-Aronis/ZMicrobiology and Molecular Biology Reviews. 2002. - P. 373-395.

103. Henle E.S. Formation, prevention, and repair of DNA damage by iron/hydrogen peroxide / E. S. Henle, S.Linn//J. Biol. Chem. 1997. - V. 272. - N. 31.-P. 19095-19098.

104. Herbst E.J. The gram reaction and cell composition: diamines and polyamines / E.J. Herbst, R.H. Weaver, D.L. Keister//Arch. Biochem. Biophys. -1958.-V. 75.-P. 171-177.

105. Herman C. Proteolysis and chaperones: the destruction / reconstruction dilemma / C.Herman, R. D'Ari//Current Opinion in Microbiology. -1998.-V. 1.-P. 204-209.

106. Hidalgo E. Adaptive responses to oxidative stress: The soxRS and oxyR regulons in regulation of gene expression in Escherichia coli / E. Hidalgo, B. Demple//Lin E.C.C. and Lynch A.S., eds., R.G. Landes, Texas, 1996. P: 435-452.

107. Hidalgo E. Redox signal transduction: mutations shifting 2Fe-2S. centers of the SoxR sensor-regulator to the oxidized form / E. Hidalgo, H. Ding, B. Demple//Cell.-1997. V. 88. - P. 121-129.

108. Hidalgo E. The redox-regulated SoxR protein acts from a single DNA site as a repressor and an allosteric activator / E. Hidalgo, V. Leautaud, B. Demple//EMBO J. 1998. - V. 17. - N. 9. - P. 2629-2636.

109. Hirshfleld I.N. Isolation and characterization of mutant of Escherichia coli blocked in the synthesis putrescine / I.H. Hirshfleld, H.J. Rosenfeld, Z. Leifer, et al.//J. Bacteriol. 1970. - V. 101. - N. 3. - P. 125-730.

110. Hoch J.A. Initiation of bacterial development / J.A. Hoch//Current Opinion in Microbiol. 1998. - V. 1. - P. 170-174.

111. Hoch J.A. Two-component and phosphorelay signal transduction / J.A. Hoch//Current Opinion in Microbiol. 2000. - V. 3. - P. 165-170.

112. Hoffer S.M. Autoamplification of a two-component regulatory system results in "learning" behavior / S.M. Hoffer, H.V. Westerhoff, K.J. Hellingwerf, et al.//J. Bacteriol. 2001. - P. 4914-4917.

113. Howell M.L. Sequence-dependent effects of spermine on the thermodynamics of the B-DNA to Z-DNA transition / M.L. Howwel, G.P. Schroth, P.S. Ho//Biochemistry. 1996. - V. 35. - P. 15373-15382.

114. Igarashi K. Poly amines: Mysterious Modulators of Cellular Functions / K. Igarashi, K. Kashiwagi//Biochem. and Biophis. Research Commun. -2000.-V. 271.-P. 559-564.

115. Imlay J. A metabolic enzyme that rapidly produces superoxide, fumarate reductase of Escherichia coli / J. Imlay//Biol. Chem. 1995. - V. 270. -P. 19767-19777.

116. Imlay J.A. Assay of metabolic sources of hydrogen peroxide in aerobically growing Escherichia coli / J. Imlay, I. Fridovich//J. Biol. Chem. -1991. V. 266. - P. 6957-6965.

117. Imlay J.A. DNA damage and oxygen radical toxicity / J. Imlay, S. Linn//Science. 1988. - V.240. - P. 1302-1309.

118. Ishihama A. Functional modulation of Escherichia coli RNA polymerase / A. Ishihama//Annu. Rev. Microbiol. 2000. - V. 54. - P. 499-518.

119. Iuchi S., Cellular and molecular physiology of Escherichia coli in the adaptation to aerobic environments / S. Luchi,L. Weiner//J. Biochem. 1996. -V. 120.-P. 1055-1063.

120. Iyer R. Complex inhibition of OmpF and OmpC bacterial porins by polyamines / R. Iyer, A.H. Delcour//J. Biol. Chem. 1997. - V. 272. - P. 1859518601.

121. Iyer R. Molecular basis for the Poliamine-OmpF porine interactions: inhibitor and mutant studies / R. Iyer, Z. Wu, P.M. Woster, et al.//J. Mol. Biol. -2000.-V. 297.-P. 933-945.

122. Jenkins D.E. Role of RpoH, a heat shock regulator protein, in Escherichia coli carbon starvation protein synthesis and survival / D.E. Jenkins, E. Auger, A. Matin//J. Bacteriol. 1991. - V. 173. - P. 1992-1996.

123. Jenkins D.E. Starvation-induced cross protection againnst osmotic challenge in Escherichia coli / D.E. Jenkins, S.A. Chaisson, A. Matin//J. Bacteriol. 1990. - V. 172. - P. 2779-2781.

124. Jishage M. Mapping of the Rsd contact site on the sigma 70 subunit of Escherichia coli RNA polymerase / M. Jishage, D. Dasgupta, A. Ishihama//J. Bacteriol. 2001. - V. 183. - N. 9. - P. 2952-2956.

125. Jishage M. A stationary phase protein in Escherichia coli with binding activity to the major a subunit of RNA polymerase / M. Jishage, A. Ishihama//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. - V. 95. - P. 4953-4958.

126. Jishage M. Transcriptional organization and in vivo role of the Escherichia coli rsd gene, encoding the regulator of RNA polymerase Sigma D / M. Jishage, A. Ishihama//J. Bacteriol. 1999. - P. 3768-3776.

127. Kamashev D, Rouviere-Yaniv J. The histone-like protein HU binds specifically to DNA recombinationand repair intermediates / D.Kamashev, J. Rouviere-Yaniv//The EMBO Journal. 2000. - V.l 9. - N. 23. - P.6527-6535.

128. Karpetsky T.P. Polyamines, ribonucleases and the stability of RNA / T.P. Karpetsky//Mol. Cell Biochem. 1977. - V. 17. - P. 89-99.

129. Kappus H. Lipid peroxidation: mechanisms, analisis, ensymology and biological relevance / H. Kappus//In: Oxidative stress, Sies H., (Ed.) New York: Acad. Press, 1985. P. 273-310.

130. Kashiwagi K. Apparently polyamine transport by proton motive in force in polyamine-deficient Escherichia coli / K. Kashiwagi, H. Kobayashi, K. Igarashi//J. Bacteriol. 1986. - V. 165. - P. 972-977.

131. Кеуег К. Inactivation of degydrotase 4Fe-4S. clusters and discriptuon of iron homeostasis upon of cell exposure peroxynitrite / K. Keyer, J.A. Imlay//J. Biol. Chem. 1997. - V. 272. - P. 27652-27659.

132. Khan A.U. Reactive oxygen species as a cellular messengers / A.U. Khan, T. WiIson//Chem. Biol. 1995. - V. 2. - P. 437-445.

133. Killik I. Mutational and lysis of the redox-sensitive transcriptional regulator OxyR: regions important for oxidation and transcriptional activation / I. Killik, M. Toledano, Tartaglia, G. Storz//Bacteriol. 1995. - V. 177. - P. 12751284.

134. Kim I.G. SOS induction of recA by UV-,y-irradiation and mitomicin С is mediated by polyamines in Escherichia coli K-12 / I.G. Kim, T.J. Oh//Toxicol. Lett.- 2000. V. 116. - P. 143-149.

135. Kim S.-N. Identification of the polyamine induced proteins in Escherichia coli / S.-N. Kim, J.-H. Lee, D.-K. Rhee//Molecules and Cells. 1999. -V. 9.-N. 2.-P. 219-224.

136. Kimura T. Intracellular generation of superoxide by copper sulphate in Escherichia coli IT. Kimura, H. Nishioka//Mutation Research. 1997. - V. 389. - P.237-242.

137. Kobayashi K. Comprehensive DNA microarray analysis of Bacillus subtilis two-component regulatory systems / K. Kobayashi, M. Ogura, H. Yamaguchi, et al.//J. Bacteriol. 2001. - V. 183. - N. 24. - P. 7365-7370.

138. Kumar A. Recent advances in polyamine research / A. Kumar, T. Altabella, M.A. Teylor, et al.//Trends Plant Sci. 1997. - V. 2. - P. 124-130.

139. Kusano S. Stimulatory effect of tregalose on formation and activityjoof Escherichia coli RNA polymerase Ecj holoenzyme / S. Kusano, A. Ishihama//J. Bacteriol. 1997. - V. 179. - P. 3649-3654.

140. Laurent-Winter C. Role of Escherichia coli Histone-like nucleoid-structuring protein in bacterial metabolism and stress response / C. Laurent-Winter, S. Ngo, A. Danchin, et al.//Eur. J. Biochem. 1997. - V. 244. - P. 767-733.

141. Lazazzera В: A. Quorum sensing and starvation: signals for entry into stationary phase / B.A. Lazazzera//Current Opinion in Microbiology. 2000. -V.3.-P. 177-182.

142. Lee Y.S. The Arc two-component signal transduction system inhibits in vitro Escherichia coli chromosomal initiation / Y.S. Lee, J.S. Han, Y. Jeon//J. Biol. Chem. 2001. - V. 276. - N. 13. - P. 9917-9923.

143. Levine R.L. Methionine residues may protect proteins from critical oxidative damage / R.L. Levine, B.S. Berlett, J: Moskowitz, et al.//Mechan Ageing. Develop. 1999. - V. 107. - P. 323-232.

144. Liebart J.C. The expression of the DNA ligase gene of Escherichia coli is stimulated by relaxation of chromosomal supercoiling / J.C. Liebart, L. Paolozzi, M.G. Camera, et al.//Mol. Microbiol. 1989. - V. 3. - P. 269-273.

145. Lindqvist A. Roles of respiratory oxidases in protecting Escherichia coli К 12 from oxidative stress / A. Lindqvist, J. Membrillo-hernandez, R K. Poole, et al.//Antonie van Leeuwenhoek. 2000. - V. 78. - P. 23-31.

146. Liochev S.I. Induction of the soxRS regulon of Escherichia coli by superoxide / S.I. Liochev, L. Benov, D. Touati, et al.//The Journal of Biological Chemistry.- 1999.-V. 274.-N 14. P. 9479-9481.

147. Liochev S.I. Modulation of the fumarases ofEscherichia coli in response to oxidative stress / S.I. Liochev, I. Fridovich//Archives of Biochemistry and Biophysics. 1993. - V. 301. - N. 2. - P. 379-384.

148. Liochev S.I. Superoxide and Iron: partners in crime / S.I. Liochev, I. Fridovich//JUBMB Life. 1999. - V. 48. - P. 157-161.

149. Little J.W. The SOS regulatory system: control of its state by the level of RecA protease / J.W. Little//Mol. Biol. 1983. - V. 167. - P. 791-808.

150. Loewen P.C. The role of the sigma-factor sigma S (KatF) in bacterial global regulation / P.C. Loewen, R. Hengge-Aronis//Annu. Rev. Microbiol. 1994. - V. 48. - P. 53-80.

151. Loewen P.C. Regulation in the RpoS regulon of Escherichia coli / P.C. Loewen, B. Hu, J. Strutinsky, et al.//Can. J. Microbiol. 1998. - V. 44. - P. 707-717.

152. Lowry O.H. Protein measurement with the Folin Phenol Reagent / O.H. Lowry, N.J. Rosenbrough, A.L. Farr, et alV/J. Biol. Chem. 1951. - V. 193. -P. 265-275.

153. Lupo S. Tirosine is involved in protection from oxidative stress in S. cerevisiae I S. Lupo, C. Aranda, L. Miranda-Ham, et al.//Can. J. Microbiol. 1997. -V. 43.-P. 453-463.

154. Lusetti S.L. The bacterial RecA Protein and the recombinational DNA repair of stalled replication forks / S.L.Lusetti, M.M. Cox//Annu. Rev. Biochem. 2002. - V. 71. - P. 71-100.

155. Ma D. The local repressor AcrR plays a modulating role in the regulation of acrAB genes of Escherichia coli by global stress signals / D. Ma, M. Alberti, C. Lynch, et al.//Molecular Microbiology. 1996. - V. 19. - N. 1. - P. 101112.

156. Manchado M. Hydrogen peroxide activates the soxRS regulon in vivo / M. Manchado, C. Michan, C. Pueyo//Bacteriol. 2000. - V. 182. - N. 23. - P. 6842-6844.

157. Markhan G.D. S-adenosylmetionine decarboxylase of Escherichia coli stadies on the covalently linked piruvate required for activity / G.D. Marcham, C.W. Tabor, H. Tabor//J. Biol. Chem. 1982. -V. 257. - P.12063-12068.

158. Martin R.G. Autoactivation of the warRAB multiple antibiotic resistance operon by the MarA transcriptional Activator in Escherichia coli / R.G. Martin, K.-W. Jair, R.E. Wolf, et al.//Journal of Bacteriology. 1996. - P. 22162223.

159. Martinez A. Protection of DNA during oxidative stress by the nonspecific DNA-binding protein Dps / A. Martines, R. Kolter//Journal of Bacteriology. 1997. - P. 5188-5194.

160. Masse E. Relaxation of transcription-induced negative supercoiling is an essential function of Escherichia coli DNA topoisomerase I / E. Masse, M. Drolet//J. Biol. Chem. 1999. - V. 274. - N. 23. - P. 16651-1658.

161. Matin A. Role of alternate sigma factors in starvation protein synthesis novel mechanisms of catabolite repression / A. Matin//14th forum in microbiology. - 1996. - P. 494-505.

162. Matsui I. Occurrence and induction of spermidine N1-acetyltransferase in Escherichia coli / I. Matsui, M. Kamei, S. Otani, et al.//Biochem. Biophys. Res. Commun. 1982. - V. 106. - P. 1155-1160.

163. McCormick M.L. Endogenous superoxide dismutase levels regulate iron-dependent hydroxyl radical formation in Escherichia coli exposed to hydrogen peroxide / M.L. McCormick, G.R. Buettner, B.E. Britigan//J. Bacteriol. -1998.-P. 622-625.

164. Mencel R. Regulation of genes for E.coli DNA gyrase: homeostatic control of DNA supercoiling / R. Mencel, M. Gellert//Cell. 1983. - V. 34. - P. 105-113.

165. Michaels M.L. The GO system protects organisms from the mutagenic effects of the spontaneous lesion 8-hydroxy-guanine (7,8- Dihydro-8oxoguanine) / M.L. Michaels, J.H. Miller//J. Bacteriol. 1992. - V. 174. - P. 63216325.

166. Michan C. In vivo transcription of the Escherichia coli oxyR regulon as a function of grouth phase and in response to oxidative stress / C. Michan, M. Machado, G. Dorado, et aI.//J. Bacteriol. 1999.-V. 181. - P. 2759-2754.

167. Miller J.H. Experiments in molecular genetics / J.H. Miller//Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y. 1992.

168. Minton K.M. Paraquat toxicity is increased in Escherichia coli defective in the synthesis of polyamines / К. M. Minton, H. Tabor, C.W. Tabor//Proc. Natl. Acad. Sci. USA.- 1990.-V. 87. P. 2851-2855.

169. Mizushima T. Increase in negative supercoiling of plasmid DNA in Escherichia coli exposed to cold shock / T. Mizushima, K. Kataoka, Y. Ogata, et al.//Mol. Microbiol 1997. - V. 23. - N. 2. - P. 381-386,

170. Mlacar A. 2-Hydroxysuccinaldehyde, a lipid peroxidation product proving that polyunsaturated fatty acid are able to react with three molecules of oxygen / A. Mlacar, G. Spiteller//Free Radicals Rec. 1997. - V. 26. - P. 57-60.

171. Moody C.S. Mutagenicity of oxygen free radicals / C.S, Moody, H.M. Hassan//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1982. - V. 79. - P. 2855-2859.

172. Morris D.R. Biosynthetic and biodegradative ornithine and arginine decarboxylases from Escherichia coli / D.R. Morris, E.A. Boeker//Methods in Enzymology. 1983. - V. 94. - P. 125-134.

173. Morris D.R. Putrescine biosynthesis in Escherichia coli regulation through pathway selection / D.R. Morris, K.L. Koffron//J. Biol. Chem. 1969. - V. 244. - P. 6094-6099.

174. Muffler A. Heat shock regulation of a turnover: a role for DnaK• s 32 •and relationship between stress responses mediated by a and a in Escherichia coli / A. Mufflar, M. Barth, C. Marschall, et al.//J. Bacteriol. 1997 (Feb.). - V. 179.-N2.-P. 445-452.

175. Muller-Hill B. Some repressors of bacterial transcription / B. Miiller-Hill//Current Opinion in Microbiology. 1998. - V.l. - P.145-151.

176. Munro G.F. Dependence of the putrescine content of Escherichia coli on the osmotic strength of the medium / G.F. Munro, K. Hercules, J. Morgan, et al.//J. Biol. Chem. 1972. - V. 247. - P. 1272-1280.

177. Newcomb T.G. Oxidative DNA damage and mutagenesis / T.G. Newcomb, L.A. Loeb//From.\ DNA damage and repair, Ed. by: Nickoloff and Hockstra. Humana Press Inc., Totowa. NJ, 1998. P. 65-83.

178. Nikaido H. Escherihia coli and Salmonella typhimurium: Cellular and Molecular Biology / H. Nikaido//eds. Neidhardt F.C. et al., Washington. D.C., 1996. P. 29-47.

179. Nikaido H. Multiple antibiotic resistance and efflux / H. Nikaido//Current opinion in microbiology. 1998. - V. 1. - P. 516-523.

180. Nikaido H. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability revisited / H. Nikaido//Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2003. - V. 67. -N. 4. - P. 593-656.

181. Nitta T. Polyamine depletion induces apoptosis through mitochondria-mediated pathway / T. Nitta, K. Igarashi, N. Yamamoto//Experimental Cell Recearch. 2002. - V. 276. - P. 120-128.

182. Nunoshiba T. Role of iron and superoxide for generation of hydroxy 1 radical, oxidative DNA lesions, and mutagenesis in Escherichia coli / T. Nunushiba, F. Obata, A.C. Boss, et al.//Boil. Chem. 1999. - V. 274. - P. 3483234837.

183. Oh T.J. The expression of Escherichia coli SOS genes recA and uvrA is inducible by poliamines / T.J. Oh, I.G. Kim//Biochemical and Biophisical research Communications. 1999. - V. 264. - P. 584-589.

184. Oh T.J. The SOS induction of umu'-'IacZ fusion gene by oxidative damage is influenced by polyamines in Escherichia coli / T.J. Oh, I.G. Kim//Cell Biology and Toxicology. 2000. - V. 15. - P. 291-297.

185. Paulsen I.T. Proton-dependent multidrug efflux systems / I.T. Paulsen, M.H. Brown, et al.//Microbiological Reviews. 1996. - V. 60. - N. 4. - P. 575-608.

186. Pegg A. Effect of inhibition of polyamine sinthesis on the content of decarboxylated S-adenosilmethionine / A. Pegg, H. Poso, Shuttleworth, et al.//Biochem. J. 1982. - V. 202. - P. 519-526.

187. Peter H.W. Influence of polyamines on the bivalent-cation-activited ATPases / H.W. Peter, H.U. Wolf, N. Seiler//Hope-SeyIer's Z. Physiol. Chem. -1973. -V.354.-P. 1146-1148.

188. Pirrung M.C. Histidin kinases and two-component signal transduction systems / M.C. Pirrung//Chemistry & Biology. 1999. - V. 6. - P. 167-175.

189. Pratt L.A. Porin regulon of Escherichia coli. In Tow-component Signal Transduction / L.A. Pratt, T.J. Silhavy//eds. by Hoch J.A., Silhavy T.J. Washington, D.C.: ASM Press, 1995. P. 105-127.

190. Rach I. Paraquat resistance of Horseweed (Erigeron canadensis L.) is not caused by polyamines / I. Rach, D. Lasztity, E. Darco, et al.//Pesticide Biochemistry and Physiology. 2000. - V. 68. - P. 1-10.

191. Reis I.A. Inhibition of polyamine synthesis arrests trichomonad growth and induces destruction of hidrogenosomes / I.A. Reis, M.P. Martines, N. Yarlett, et al.//Antimicrob Agents Chemother. 1999. - V. 43. - P. 1919-1923.

192. Robertson K.M. Molecular basis of voltage gating of OmpF porin / K.M. Robertson, D.P. TieIeman//Biochem. Cell Biol. 2002. - V. 80. - P. 517-523.

193. Roy M. Polyamines, both common and uncommon, under heat stress in rice (Orisa sativa) callus / M.Roy, B. Ghosh//Phisiologia Plantarum. 1996. - V. 98. - P. 196-200.

194. Saier M.H. Jr. Multiple Mechanisms Controlling Carbon Metabolism in Bacteria / M.H. Saier Jr.//Biotechnology and Bioengineering. 1998. - V. 58. -P. 170-174.

195. Samartzidou H. Excretion of endogenous cadaverine leads to decrease in porin-mediated outer membrane permeability / H. Samartzidou, A.H. Delcour//J. Bacteriol. 1999,-V. 181. P. 791-798.

196. Samartzidou H., Cadaverine inhibition of porin plays a role in cell survival at acidic рН / H. Samartzidou, M. Mehrazin, Z. Xu, et al.//J. Bacteriol. -2003.-P. 13-19.

197. Sandgren S. Suramin selectively inhibits carcinoma cell grouth that is dependent on extracellular polyamines / S. Sandgren, M.Belting//Anticancer Research. 2003. - V. 23. - P. 1223-1228.

198. Schipper R.G. involvement of polyamines in apoptosis. Facts and controversies: effectors or protectors? / R.G. Schipper, L.C. Penning, A.A.J. Verhofstad //Cancer biology. 2000. - P. 55-68.

199. Schlax P.J. Translation repression mechanisms in prokaryotes / P.J. Schlax, D.J. Worhunsky//Molecular Microbiology. 2003. - V. 48. - N. 5. - P. 1157-1169.

200. Schroder O. The bacterial DNA-binding protein H-NS represses ribosomal RNA transcription by trapping RNA Polymerase in the initiation complex / O. Schroder, R. Wagner//J. Mol. Biol. 2000. - V. 298. - P. 737-748.

201. Schumacher M.A. Structural mechanisms of multidrug recognition and regulation by bacterial multidrug transcription factors / M.A. Schumacher, R.G. Brennan//Molecular Microbiology. 2002. - V. 45. - N. 4. - P. 885-893.

202. Sechi A.M. Ingibition of phospholipase A-2 and phospholipase С by polyamines / A.M. Sechi, L. Cabrini, L. Landi, et al.//Arch. Biochem. Biophys. -1977.-V. 186.-P.248-254.

203. Schipper R.G. Involvement of polyamines in apoptosis. Facts and controversies: effectors or protectors? / R.G. Schipper, L.C. Penning, A.A.J. Verhofstad//Cancer biology. 2000. - P. 55-68.

204. Sies H. Impaired endothelial and smooth muscle cell function in oxidative stress / H. Sies//Exp. Physiol. 1997. - V. 82. - P. 291-295.

205. Sigler K. Oxidative stress in microorganisms-I / K. Sigler, J. Chaloupka, J. Brozmanova, et al.//Folia Microbiol. 1999. - V. 44. - N. 6. - P. 587624.

206. Smith B.T. Mutagenesis and more: umu DC and the Escherichia coli SOS Response / B.T. Smith, C.W. Graham//Genetics. 1998. - V. 148. - P. 15991610.

207. Smith T.A. Polyamines / T.A. Smith//Ann. Rev. Plant Phisiol. -1985.- V. 36. -P. 117-143.

208. Sneath P.H.A. Putrescine as an essential growth factor for a mutant of Aspergillus nidulans / P.H.A. Sneath/zNature (London). 1955. - V. 175. - P. 818.

209. Souzu H. Fluorescence polarization studies on E. coli membrane stability and relation to the resistence of the cell to freezethawing. IH.Stabilization of the membranes by polyamines / H. Sousu//Biochem. Biophys.Acta. 1986. - V. 861.-P. 361-367.

210. Spotheimmaurizot M. Radioprotection of DNA by polyamines / S. Ruiz, R. Sabattier, M. Charlier//M. Spotheimmaurizot, Radiat. Biol. 1995. - V. 68.-P. 571-577.

211. Stock J.B. Protein phosphorilation and regulation of adaptive responses in bacteria / J.B. Stock, A.J. Ninfa, A.M. Stock//Microbiol. Rev. 1989. - V. 53. - P. 450-490.

212. Stormo G.D. Specificity, free energy and information content in protein-DNA interaction / G.D. Stormo, D.S. Fields//TIBS. 1998. - V. 23. - P. 109-113.

213. Storz G. Oxidative stress / G. Storz, J.A. Imlay//Current opinion in microbiology. 1999. - V. 2. - P. 188-194.

214. Storz G. Bacterial defenses against oxidative stress / G. Storz, L.A. Tartaglia, S.B. Farr, et al.//Trends Genet, 1990.-V. 6. - P. 363-368.

215. Stulke J. Carbon catabolite repression in bacteria / J. Stulke, W. Hillen//Current Opinion in Microbiology. 1999. - V. 2. - P. 195-201.

216. Sullivan K.M. Influence of cation size and charge on the extrusion of a salt-dependent cruciform / K.M. Sullivan, M.J. Lilley//J. Mol. Biol. 1987. - V. 193.-P. 397-404.

217. Sy D. Radioprotection DNA by spermine: a molecular modeling approach / D. Sy, S. Hugot, S. Saoye, et al.//Int. J. Radiat. boil. 1999.-V. 75. - N. 8.-P. 953-961.

218. Tabor C.W. Transport systems for 1,4-diaminobutane, spermidine and spermine in Escherichia coli / C.W. Tabor, H. Tabor//J. Biol. Chem. 1966. -V. 241.-P. 3714-3723.

219. Tabor H. Biosynthesis and metabolism of 1,4-diaminobutane, spermidine, spermine and related amines / H. Tabor, C.W. Tabor//Advan. Ensymology. 1972. - V. 36. - P. 203-268.

220. Tabor C.W. Polyamines / C.W. Tabor, H. Tabor//Ann. Rev. Biochem. 1984. - V. 53. - P. 749-790.

221. Tabor C.W. Polyamines in microorganisms / C.W. Tabor, H. Tabor//Microbiol. Rev. 1985. - V. 49. - P. 81-99.

222. Tamarit J. Identification of the major oxidatively damaged proteins in Escherichia coli cells exposed to oxidative stress / J. Tamarit, E. Cabiscol, J. Ros//Biol. Chem. 1998. - V. 273. - P. 3027-3032.

223. Tang Y. Escherichia coli aconitases and oxidative stress: post-transcriptional regulation of sodA expression / Y. Tang, M.A. Quail, P.J. Artymiuk, et al.//Microbiology. 2002. - V. 148. - P. 1027-1037.

224. Тао К. Involvement of the RNA polymerase a subunit C-terminal region in co-operative interaction and transcriptional activation with Oxy R protein / K.Tao, N.Fujita, A. Ishihama//Molecular Microbiology. 1993. - V. 7. - N. 6. - P. 859-864.

225. Tatib A. Polyamines induce malignant transformation in cultured NIH 3T3 fibroblasts / A. Tatib, U. Bachrach//The Internetionel Journal of Biochemistry and Cell Biology. 1998. - V. 30. - P. 135-146.

226. Termini J. Hydroxiperoxide-indused DNA damage and mutations / J. Termini//Mutation Research. 2000. - V. 450. - P. 107-124.

227. Tkachenko A.G. Participation of putrescine in the antiport mechanism of potassium transport in Escherichia coli / A.G. Tkachenko, A.A. Chudinov//Curr. Microbiol. 1994. - V. 28. - P. 81-83.

228. Toledano M.B. Redox-dependent shift of OxyR DNA contacts along an extended DNA-binding site: a mechanism for differential promoter selection / M.B. Toledano, I. Kullik, F. Trinh, et al.//Cell. - 1994. - V. 78. - P. 897909.

229. Touati D. Iron and oxidative stress in bacteria / D. Touati//Archives of Biochemistry and Biophysycs. 2000. - V. 373. - № 1. - P. 1-6.

230. Tseng C.-P. Oxygen- and growth rate dependent regulation of Escherichia coli fiimarase (FumA, FumB, and FumC) activity / C.-P. Tseng, C.-C. Yu, H.-H. Lin, et al.//J. Bacteriol. 2001. - P. 461-467.

231. Ullsperger C. Contrasting anzimating activities of topoisomerase IV an DNA gyrase in Escherichia coli / C. Ullsperger, N.R. Cozzarelly//J. Biol. Chem. 1996. - V. 271. - N. 49. - P. 31549-31555.

232. Wallace S.S. Biological consequences of free radical-damaged DNA bases / S.S. Wallace//Free Radical Biology & Medicine. 2002. - V. 33. - N. 1. -P. 1-14.

233. Wang Y. In vitro chemosensitivity testing of hematological cancers: immunohistochemical detection of ornithine decarboxylase / Y.Wang, Y.J. Ashkenazi, U. Bachrach//Anti-Cancer Drug. 1999. - V. 10. - P. 797-805.

234. Wang D. Mutagenesity and repair of oxidative DNA damage: insights from studies using defined lesions / D. Wang, D.A. Kreutser, J.M. Essigmann//Mutation research. 1998. - V. 400. - P. 99-115.

235. Wang J.Y. DNA twist as a transcriptional sensor for environmental changes / J. Y. Wang, M. Syvanen//Mol. Microbiol. 1992. - V. 6. - P. 1861-1866.

236. Weinstein-Fisher D. Escherichia coli response to hydrogen peroxide: a role for DNA supercoiling, Topoisomerase I and Fis / D. Weinstein-Fisher, M. Elgrably-Weiss, A., Shoshy//Molrcular Microbiology. 2000. - V. 35. - N.6. -P.1413-1420.

237. Woodmansee A.N. Reduced flavins promote oxidative DNA Damage in NON-respiring Escherichia coli by delivering electrons to intracellular free iron / A.N. Woodmansee, J.A. Imlay//J. Biol. Chem. 2002. - V. 277. - N. 37. - P. 34055-34066.

238. Workum M. DNA supercoiling depends on the phosphorylation potential in Escherichia coli I M. Workum, S.J.M. van Dooren, N. Oldenburg, et al.//Mol. Microbiol. 1996. - V. 20. - N. 2. - P. 351-360.

239. Wosten M.M. Eubacterial sigma-factors / Wosten M.M.//FEMS Microbiol. Rev. 1998. - V. 22. - P. 127-150.

240. Wu J. Two divergently transcribed genes, soxR and soxS, control a superoxide response regulon of Escherichia coli / J. Wu, Weiss B.//Bacteriol. -1991.-V. 173.-P. 2864-2871.

241. Xu B. Modeling of overflow metabolism in batch and fed-batch cultures of Escherichia coli / B. Xu, M. Jahic, S.O. Enfors//Biotechnol. Progr. -1999.-V. 15.-P. 81-90.

242. Yoshida M. Poliamine stimulation of the Synthesis of oligopeptide-binding protein (OppA) / M. Yoshida, D. Meksuriyen, K. Kashiwagi, et al.//The Journal of Biological Chemistry. 1999. - V. 274. - N. 32. - P. 22723-22728.

243. Yura T. The heat shock response: regulation and function / T. Yura, M. Kanemori, M.T. Morita//Bacterial Stress Responses, Ed. by G. Storz and R. Hengge-Aronis, ASM Press, Washington, D.C., 2000.

244. Zamocky M. Understanding the structure and function of catalases: clues from molecular evolution and in vitro mutagenesis / M. Zamocky, F. Koler//Progress in Biophisics & Molecular Biology. 1999. - V. 72. - P. 19-66.

245. Zechiendrich E.L. Role of topoisomerase in maintaining steady-state DNA supercoaling in Escherichia coli / E.L. Zechiendrich, Khodurshy A.B., S. Bachellier, et al.//J. Biol. Chem. 2000. - V. 275. - N. 11. - P. 8101-8113.

246. Zheng M. Activation of the OxyR transcription factor by reversible disulfide bond formation / M. Zheng, F. Asland, G. Storz//Science. 1998. -V. 279.-P. 1718-1721.

Информация о работе

Нестерова, Лариса Юрьевна
кандидата биологических наук
Пермь, 2004
ВАК 03.00.07

Диссертация

Роль полиаминов в защите Escherichia Coli от окислительного стресса, вызванного перекисью водорода - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы