Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1. Общие принципы регуляции транскрипции бактерий 8
1.1.1. РНК-полимераза: структура и взаимодействие с промотором 8
1.1.2. Факторы транскрипции 10
1.2. Современные методы сравнительной геномики 12
1.2.1. Предсказание функций генов на основе сравнения аминокислотных последовательностей 14
1.2.2. Кластеризация генов на хромосоме 16
1.2.3. Слияние генов 16
1.2.4. Профили встречаемости генов 16
1.2.5. Методы распознавания потенциальных регуляторных сайтов 17
1.2.6. Сравнительная геномика и изучение регуляции 18
1.3. FruR (Cra) - регулятор центрального метаболизма 22
1.4. Регуляция утилизации рибозы 26
1.5. PurR — регулятор биосинтеза пуриновых нуклеотидов 27
1.6. Глобальная регуляция генов дыхания 30
1.6.1. Общие принципы устройства дыхательных цепей бактерий 30
1.6.2. Особенности регуляции дыхания Е. coli 32
1.6.3. Fnr: ответ на молекулярный кислород 33
1.6.4. Двукомпонентная система ArcB-АгсА: ответ на окислительно-восстановительный статус хинонов 34
1.6.5. Регуляция нитрат-нитритного дыхания: двукомпонентные системы NarX-
NarL и NarQ-NarP 37
Глава 2. Материалы и методы 40
2.1. Общие принципы сравнительного подхода к регуляции 40
2.2. Объект исследования и банки данных 41
2.3. Программное обеспечение 42
Глава 3. Исследование эволюции обобщенного FruR (Сга)-регулона 44
3.1. Изучение эволюции регуляторной системы 44
3.2. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания FruR 44
3.3. Структура обобщенного FruR-регулона в исследованных геномах 47
3.3.1. Гены белков фосфотрансферазных систем 52
3.3.2. Гены ферментов центрального метаболизма 53
3.3.3. Гены белков дыхательных комплексов 55
3.3.4. Гены ферментов ассимиляции азота 56
3.3.5. Гены транспортных белков 57
3.3.6. Гены регуляторных белков 57
3.4. Эволюция FruR-регулона 58
3.5. Обсуждение и выводы 61
Глава 4. Исследование эволюции обобщенных PurR- и RbsR-регулонов 64
4.1. Изучение эволюции регуляторных систем 64
4.2. Исследование RbsR-зависимой регуляции 65
4.2.1. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания RbsR 65
4.2.2. Структура обобщенного RbsR-реглуона 67
4.3. Исследование PurR-зависимой регуляции 68
4.3.1. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания PurR 68
4.3.2. Структура обобщенного PurR-реглуона 70
4.3.2.1. Синтез пуриновых нуклеотидов 70
4.3.2.2. Синтез пиримидиновьгх нуклеотидов 74
4.3.2.3. Метаболизм азота 74
4.3.2.4. Метаболизм одноуглеродных фрагментов 74
4.3.2.5. Транспортные белки 77
4.3.2.6. Утилизация нуклеотидов и нуклеиновых кислот 80
4.3.2.7. Центральный метаболизм 80
4.3.2.8. Белки с неизвестной функцией 80
4.3.3. Таксон-специфические особенности PurR-регуляции 80
4.4. Исследование регуляции в Pseudomonadales 83
4.4.1. Ген регуляторного белка из Pseudomonadales 83
4.4.2. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов RbsR Pseudomonadales 84
4.4.3. Структура обобщенного реглуона в Pseudomonadales 84
4.5. Эволюция PurR- и RbsR-регулонов 85
4.6. Обсуждение и выводы 87
Глава 5. Эволюция глобальной регуляции дыхания 90
5.1. Эволюция регуляторных систем 90
5.1.1. Однокомпонентная регуляторная система Fnr 90
5.1.2. Двукомпонентная система АгсВ-АгсА 90
5.1.3. Регуляция нитрат-нитритного дыхания: удвоенная двукомпонентная система NarX-NarL и NarQ-NarP 93
5.2. Построение распознающих правил для поиска сайтов связыания регуляторов дыхания 98
5.2.1. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания Fnr 98
5.2.2. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания АгсА 101
5.2.3. Построение распознающего правила для поиска потенциальных сайтов связывания NarP 103
5.3. Состав обобщенных Fnr-, АгсА- и NarP-регулонов 104
5.3.1. Белки дыхательных цепей 104
5.3.2. Биосинтез молибдоптеринового кофактора 113
5.3.3. Центральный метаболизм и брожение 113
5.3.4. Метаболизм углеводов 114
5.3.5. Метаболизм жирных кислот 115
5.3.6. Ответ на кислородный стресс 116
5.3.7. Нуклеотидредуктазы 116
5.3.8. Транспортные белки 117
5.3.9. Пептидазы 117
5.3.10. Регуляторы транскрипции 117
5.4. Таксон-специфические особенности глобальной регуляции дыхания 118
5.4.1. Состав обобщенных регулонов в различных таксонах 118
5.4.2. Структура регуляторных каскадов в разных таксонах 119
5.4.3. Регуляция в отдельных таксонах 122
5.5. Обсуждение и выводы 125
Выводы 127
Список работ, опубликованных по теме диссертации 128
Благодарности 130
Список литературы 131
