Специфичность ArdA к различным системам рестрикции модификации I типа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

ДНК-мимикрирующие антирестриктазы ArdA способны ингибировать системы рестрикции-модификации первого типа (RMI), связываясь c их комплексами вместо ДНК. Однако специфичность белков ArdA в отношении сайтов метилирования ДНК, узнаваемых комплексами RMI, не изучена, т. е. не установлено, может ли ArdA мимикрировать под конкретный сайт ДНК. В настоящей работе нами клонированы гены ardA трех грамположительных бактерий (Agrobacterium tumefaciens, Pseudomonas monteilii и Xanthomonas sp.) и охарактеризована их антирестрикционная активность против трех RMI систем Escherichia coli, имеющих разные сайты узнавания/метилирования ДНК. Показано, что исследуемые белки ArdA, несмотря на сходство их предсказанной пространственной структуры, обладают существенной специфичностью к различным RMI-системам. Полученные результаты могут свидетельствовать о способности ДНК-миметиков имитировать определенные сайты ДНК.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Кудрявцева

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Долгопрудный, Московская обл., 141707

А. В. Власов

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет); Росбиотех; Объединенный институт ядерных исследований

Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Долгопрудный, Московская обл., 141707; Москва, 125080; Дубна, Московская обл., 141980

Е. В. Зиновьев

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Долгопрудный, Московская обл., 141707

Д. Д. Яновская

Сколковский институт науки и технологий

Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Москва, 143028

А. А. Уткина

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Долгопрудный, Московская обл., 141707

С. М. Расторгуев

Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Москва, 117997

И. В. Манухов

Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет); Росбиотех

Автор, ответственный за переписку.
Email: manukhovi@mail.ru
Россия, Долгопрудный, Московская обл., 141707; Москва, 125080

Список литературы

  1. Завильгельскй Г.Б., Расторгуев С.М. (2007) ДНК-мимикрия белков как эффективный механизм регуляции активности ДНК-зависимых ферментов. Биохимия. 72(9), 1125–1132.
  2. Котова В.Ю., Завильгельский Г.Б., Белогуров А.А. (1988) Ослабление рестрикции 1-го типа в присутствии плазмид группы IncI. Общая характеристика и молекулярное клонирование гена ard. Молекуляр. биология. 22(1), 270–276.
  3. McMahon S.A., Roberts G.A., Johnson K.A., Cooper L.P., Liu H., White J.H., Carter L.G., Sanghvi B., Oke M., Walkinshaw M.D., Blakely G.W., Naismith J.H., Dryden D.T.F. (2009) Extensive DNA mimicry by the ArdA anti-restriction protein and its role in the spread of antibiotic resistance. Nucl. Acids Res 37(15), 4887–4897.
  4. Roberts G.A., Stephanou A.S., Kanwar N., Dawson A., Cooper L.P., Chen K., Nutley M., Cooper A., Blakely G.W., Dryden D.T.F. (2012) Exploring the DNA mimicry of the Ocr protein of phage T7. Nucl. Acids Res 40(16), 8129–8143.
  5. Завильгельский Г.Б., Котова В.Ю. (2014) Антирестрикционная активность мономерной и димерной форм белка Ocr T7. Молекуляр. биология. 48(1), 176–184.
  6. Расторгуев С.М., Завильгельский Г.Б. (2003) Роль антирестрикционного мотива в функциональной активности антирестрикционного белка ArdA pKM101 (IncN). Генетика. 39(2), 286–292).
  7. Stephanou A.S., Roberts G.A., Tock M.R., Pritchard E.H., Turkington R., Nutley M., Cooper A., Dryden D.T.F. (2009) A mutational analysis of DNA mimicry by ocr, the gene 0.3 antirestriction protein of bacteriophage T7. Biochem. Biophys. Res. Commun. 378(1), 129–132.
  8. Belogurov A.A., Yussifov T.N., Kotova V.U., Zavilgelsky G.B. (1985) The novel gene(s) ARD of plasmid pKM101: alleviation of EcoK restriction. MGG Mol. Gen. Genet. 198, 509–513.
  9. Gladysheva-Azgari M.V., Sharko F.S., Evteeva M.A., Kuvyrchenkova A.P., Boulygina E.S., Tsygankova S.V., Slobodova N.V., Pustovoit K.S., Melkina O.E., Nedoluzhko A.V., Korzhenkov A.A., Kudryavtseva A.A., Utkina A.A., Manukhov I.V., Rastorguev S.M., Zavilgelsky G.B. (2023) ArdA genes from pKM101 and from B. bifidum chromosome have a different range of regulated genes. Heliyon. 9(12), e22986.
  10. Kudryavtseva A.A., Cséfalvay E., Gnuchikh E.Y., Yanovskaya D.D., Skutel M.A., Isaev A.B., Bazhenov S.V., Utkina A.A., Manukhov I.V. (2023) Broadness and specificity: ArdB, ArdA, and Ocr against various restriction-modification systems. Front. Microbiol. 14, 1133144. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1133144
  11. Кудрявцева А.А., Алехин В.А., Лебедева М.Д., Csefalvay E., Weiserova M., Манухов И.В. (2023) Активность антирестрикционного белка ArdB в отношении эндонуклеазы EcoAI 2023. Молекуляр. биология. 57(1), 101–105.
  12. Patel J., Taylor I., Dutta C.F., Kneale G., Firman K. (1992) High-level expression of the cloned genes encoding the subunits of and intact DNA methyltransferase, MEcoR124. Gene. 112(1), 21–27.
  13. Mirdita M., Schütze K., Moriwaki Y., Heo L., Ovchinnikov S., Steinegger M. (2022) ColabFold: making protein folding accessible to all. Nat. Meth. 19(6), 679–682.
  14. Jumper J., Evans R., Pritzel A., Green T., Figurnov M., Ronneberger O., Tunyasuvunakool K., Bates R., Žídek A., Potapenko A., Bridgland A., Meyer C., Kohl S.A.A., Ballard A.J., Cowie A., Romera-Paredes B., Nikolov S., Jain R., Adler J., Back T., Petersen S., Reiman D., Clancy E., Zielinski M., Steinegger M., Pacholska M., Berghammer T., Bodenstein S., Silver D., Vinyals O., Senior A.W., Kavukcuoglu K., Kohli P., Hassabis D. (2021) Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature. 596(7873), 583–589.
  15. Evans R., O’Neill M., Pritzel A., Antropova N., Senior A., Green T., Žídek A., Bates R., Blackwell S., Yim J., Ronneberger O., Bodenstein S., Zielinski M., Bridgland A., Potapenko A., Cowie A., Tunyasuvunakool K., Jain R., Clancy E., Kohli P., Jumper J., Hassabis D. (2022) Protein complex prediction with AlphaFold-Multimer. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2021.10.04.463034
  16. Belogurov A.A., Delver E.P., Rodzevich O.V. (1993) Plasmid pKM101 encodes two nonhomologous antirestriction proteins (ArdA and ArdB) whose expression is controlled by homologous regulatory sequences. J. Bacteriol. 175(15), 4843–4850.
  17. Price C., Lingner J., Bickle T.A., Firman K., Glover S.W. (1989) Basis for changes in DNA recognition by the EcoR124 and EcoR124 3 type I DNA restriction and modification enzymes. J. Mol. Biol. 205, 115–125.
  18. Skutel M., Andriianov A., Zavialova M., Kirsanova M., Shodunke O., Zorin E., Golovshchinskii A., Severinov K., Isaev A. (2023) T5-like phage BF23 evades host-mediated DNA restriction and methylation. microLife. 4, uqad044.
  19. Liu Y.P., Tang Q., Zhang J.Z., Tian L.F., Gao P., Yan X.X. (2017) Structural basis underlying complex assembly and conformational transition of the type I R-M system. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 114(42), 11151–11156.
  20. Mol C.D., Arvai A.S., Sanderson R.J., Slupphaug G., Kavli B., Krokan H.E., Mosbaugh D.W., Tainer J.A. (1995) Crystal structure of human uracil-DNA glycosylase in complex with a protein inhibitor: protein mimicry of DNA. Cell. 82(5), 701–708.
  21. Ramirez B.E., Bax A., Voloshin O.N., Camerini-Otero R.D. (2000) Solution structure of DinI provides insight into its mode of RecA inactivation. Protein Sci. 9(11), 2161–2169.
  22. Parsons L.M., Liu F., Orban J. (2009) HU-α binds to the putative double-stranded DNA mimic HI1450 from Haemophilus influenzae. Protein Sci. 14(6), 1684–1687.
  23. Belogurov A.A., Delver E.P., Rodzevich O.V. (1992) IncN plasmid pKM101 and IncI1 plasmid ColIb-P9 encode homologous antirestriction proteins in their leading regions. J. Bacteriol. 174(15), 5079–5085.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок S1. Дополнительные материалы к статье
Скачать (361KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Выравнивание аминокислотных последовательностей, кодируемых генами ardA конъюгативной плазмиды pKM101, транспозона Tn916, A. tumefaciens, P. monteilii и Xanthomonas sp. (-) – отсутствие гомологичной аминокислоты, значение Cov показывает процент покрытия каждой последовательности, pid – содержание (%) идентичных аминокислот.

Скачать (64KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Выравнивание с помощью PMOL v.1.9 структур белков ArdA с известной структурой ArdA Tn916 (PDB2W82). a – Выравнивание ArdA_At c ArdA_Tn916. б – Выравнивание ArdA_Pm c ArdA_Tn916. в – Выравнивание ArdA_Xs с ArdA_Tn916.

Скачать (26KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Эффективность посева немодифицированного фага λо на клетки E. coli TG1, содержащие плазмиды, несущие гены рестрикции и гены рестрикции и антирестрикции: EcoKI-pACYCEcoKI; EcoKI + ardA_At – pACYCEcoKI, pArdA_At; EcoKI + ardA_Pm – pACYCEcoKI, pArdA_Pm; EcoKI + ardA_Xs – pACYCEcoKI, pArdA_Xs; EcoAI – pAM35; EcoAI + ardA_At – pAM35, pArdA_At; EcoAI + ardA_Pm – pAM35, pArdA_Pm; EcoAI + ardA_Xs – pAM35, pArdA_Xs; EcoR124II – pKF650; EcoR124II + ardA_At – pKF650 + pArdA_At; EcoR124II + ardA_Pm – pKF650 + pArdA_Pm; EcoR124II + ardA_Xs – pKF650 + pArdA_Xs.

Скачать (19KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Эффективность посева немодифицированного фага λо на клетки E. coli TG1, содержащие плазмиды, несущие гены рестрикции и гены рестрикции и антирестрикции: EcoR124I – pEcoR124I; EcoR124I + ardA_At – pEcoR124I + pArdA_At; EcoR124I + ardA_Pm – pEcoR124I + pArdA_Pm; EcoR124I + ardA_Xs – pEcoR124I + pArdA_Xs EcoR124II – pKF650; EcoR124II + ardA_At – pKF650 + pArdA_At; EcoR124II + ardA_Pm – pKF650 + pArdA_Pm; EcoR124II + ardA_Xs – pKF650 + pArdA_Xs.

Скачать (18KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Выравнивание структуры комплекса S-субъединицы EcoKI с димером ArdA_Xs со структурой PDB (5YBB): S-субъединицей комплекса EcoKI, связанной с фрагментом ДНК. а – Общий вид выравнивания (зеленым цветом показаны ArdA_Xs; кремовым – S-субъединица EcoKI, полученная в AlphaFold; серым – S-субъединица EcoKI из PDB (5YBB). б – Возможная схема межбелковых контактов ArdA_Xs и S-субъединицы комплекса EcoKI в сравнении с PDB-структурой комплекса белок-ДНК. в – Те же контакты ArdA_Xs и S-субъединицы EcoKI (смоделированной в AlphaFold) без наложения PDB-структуры комплекса белок-ДНК. г – Предположительная схема межбелковых контактов ArdA_Xs и S-субъединицы комплекса EcoKI на другом, симметричном, участке S-субъединицы.

Скачать (70KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024