Induceerbaar SOS Response Systeem van DNA-Reparatie en Mutagenese in Escherichia coli

PDF

Int J Biol Sci 2008; 4(6):338-344. doi:10.7150/ijbs.4.338

Review

Celina Janion

Instituut voor Biochemie en Biofysica, Poolse Academie van Wetenschappen, Pawinskiego 5a, 02-106 Warszawa, Polen

Chromosomaal DNA staat bloot aan voortdurende beschadiging en reparatie. Cellen bevatten een aantal eiwitten en specifieke DNA-reparatiesystemen die helpen de juiste structuur van het DNA in stand te houden. De SOS-respons was het eerste DNA-herstelsysteem dat in Escherichia coli werd beschreven en dat werd geïnduceerd na behandeling van de bacterie met DNA-beschadigende agentia die DNA-replicatie en celdeling tegenhouden. Bij de inductie van de SOS-respons zijn meer dan veertig onafhankelijke SOS-genen betrokken, waarvan de meeste coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij bescherming, herstel, replicatie, mutagenese en metabolisme van DNA. Onder normale groeiomstandigheden komen de SOS-genen tot expressie op een basaal niveau, dat duidelijk toeneemt bij inductie van de SOS-respons. De SOS-respons is aangetroffen in vele bacteriële soorten (b.v. Salmonella typhimurium, Caulobacter crescentus, Mycobacterium tuberculosis), maar niet in eukaryote cellen. Soorten uit alle koninkrijken bevatten echter enkele SOS-achtige eiwitten die deelnemen aan DNA-reparatie en die aminozuurhomologie en enzymatische activiteiten vertonen die verwant zijn aan die in E. coli, maar die niet georganiseerd zijn in een SOS-systeem. Dit artikel geeft een kort actueel overzicht van de ontdekking van het SOS systeem, de fysiologie van SOS inductie, methoden voor de bepaling ervan, en de rol van sommige SOS-geïnduceerde genen.

Keywords: SOS-respons, DNA-herstel, DNA-mutaties, foutgevoelig herstel, mutagene DNA-polymerasen

Historisch overzicht

Nadat erkend werd dat genen uit DNA bestaan (Oswald T. Avery, 1940), werden talrijke experimenten uitgevoerd om de chemische eigenschappen van DNA te onderzoeken, meestal door bacteriën en bacteriofagen te behandelen met een verscheidenheid van agentia en chemicaliën, zoals UV-licht, mitomycine C (MC), enz. Bijgevolg werd een groeiende lijst van bacteriële mutanten verkregen die nieuwe en ongewone eigenschappen vertoonden, en hun eigenschappen werden vervolgens bepaald.

De hypothese van de SOS-respons werd ontwikkeld op basis van de volgende gegevens: (i) De waarneming door Jean Weigle in l953 dat de reactivatie van UV-bestraalde faag λ sterk toenam wanneer de bestraalde fagen werden uitgezet op eerder bestraalde E. coli gastheercellen. Dit verschijnsel werd later W- of Weigle-reactivering genoemd ; (ii) Inductie van prophage λ en lysis van bacteriën (transformatie van lysogene naar lytische ontwikkeling) wanneer E. coli bacteriële lysogenen met UV werden bestraald , en (iii) Waarneming van filamenteuze groei van E. coli B-cellen als reactie op UV-bestraling, hetgeen een verband suggereert tussen de stilstand van de celdeling, de mechanismen van λ-prophage-inductie en UV-geïnduceerde mutatie. . Deze gegevens brachten Miroslav Radman tot de conclusie dat er in E. coli een DNA-reparatiesysteem bestaat dat afhankelijk is van de LexA- en RecA-eiwitten en dat wordt geïnduceerd wanneer het DNA ernstig beschadigd is en de synthese ervan wordt gestaakt, en dat de inductie van dit systeem samenhangt met de inductie van mutaties. Radman noemde het “SOS repair” en “SOS replication” naar een internationaal telegraaf (of optisch) noodsignaal “SOS” in het morse alfabet (drie stippen, drie streepjes, drie puntjes).

De SOS hypothese van Miroslav Radman werd aanvankelijk naar voren gebracht in een ongepubliceerde brief die in l970 aan talrijke onderzoekers werd gezonden, en die vervolgens pas in1974 werd gepubliceerd. Evelyn Witkin had al eerder de hypothese geopperd dat de vorming van filamenten en de inductie van prophagen in bestraalde E. coli B cellen een verwant mechanisme konden hebben. De oorspronkelijke brief van Radman en het vroege document van Witkin, die beschouwd worden als de basis voor de ontdekking van het SOS-reactie-fenomeen, werden onlangs herdrukt in een document van Bryn A. Bridges . Verdere werkzaamheden langs deze lijn bevestigden en ontwikkelden deze hypothese. Systemen die in bepaalde opzichten lijken op de SOS reactie beschreven in E. coli werden later gevonden om ook te werken in eukaryote cellen, maar de bacteriële en in eukaryote reacties zijn in feite wezenlijk verschillend .

Mechanisme van SOS Inductie: Rol van RecA* Coprotease en LexA Repressor Eiwit

De recA en lexA genen werden als eerste herkend als betrokken bij SOS inductie. Mutaties in deze genen maken cellen zeer gevoelig voor UV-straling. De LexA-eiwitten van 27 kDa en de RecA-eiwitten van 36 kDa waren vroeger bekend als recombinatie-eiwitten die actief zijn in het seksuele leven en de genetische uitwisseling van bacteriën. Momenteel is bekend dat RecA-eiwit ook deelneemt aan genetische DNA-uitwisseling, in recF, recO, recR, recN en ruvABC-afhankelijk recombinationeel DNA-herstel, en samen met LexA-eiwit een belangrijke rol speelt in de regulatie van de SOS-respons. De down- en up-regulering van de SOS-geïnduceerde genen is in feite een samenspel van twee eiwitten, LexA-repressor en RecA*, waarbij LexA een transcriptioneel repressoreiwit is, en RecA* een coprotease die de autokatalytische zelfcleavage van LexA helpt

Agenten die het SOS-reactiesysteem kunnen induceren zijn bijv, UV-straling, MC, methylmethaansulfonaat (MMS), en vele andere chemicaliën die het DNA verstoren, de DNA-synthese en de celdeling stoppen, en leiden tot accumulatie van enkelstrengs (ss) DNA. Het niveau van RecA-eiwit in bacteriële cellen is (net als dat van UvrD helicase II) zeer hoog. Het RecA eiwit heeft een sterke neiging om nucleoproteïne filamenten te vormen op ssDNA, en een veel zwakkere neiging met gebroken, dubbelstrengs (ds) DNA . Dit beschermt het DNA waarschijnlijk tegen vernietiging, en is vereist voor elk aspect van de RecA-activiteit. De assemblage van RecA op ssDNA verloopt in de 5′-3′ richting met een verhouding van 1 molecuul RecA per 3 DNA basen, en vereist dATP of ATP, maar geen ATP-ase activiteit. De demontage daarentegen vereist hydrolyse van ATP tot ADP en verloopt veel langzamer dan de assemblage. RecA, geassembleerd op ssDNA, verkrijgt een coprotease activiteit, RecA*, die de zelf-cleavage van LexA-eiwit vergemakkelijkt, resulterend in derepressie van SOS-regulerende genen. LexA-eiwit heeft een zwakke zelf-cleavage activiteit, maar de splitsing en derepressie van de SOS genen vindt alleen plaats in aanwezigheid van het RecA* coprotease.

Elk van de SOS-geïnduceerde schade-induceerbare (din) of sos-genen heeft nabij zijn promotor/operator site een specifieke 20-nucleotide lange “SOS-box” (ook LexA-box genoemd) waaraan het LexA-repressoreiwit is gebonden, waardoor binding van RNA polymerase en genexpressie wordt voorkomen. De SOS-box heeft een palindromische structuur die suggereert dat de LexA-repressor als een dimeer bindt, zoals later werd bevestigd. De rol van het RecA* coprotease in SOS-geïnduceerde cellen is daarom: 1. te helpen bij de splitsing van LexA-eiwit (202 aminozuren) op de Ala84-Gly85 plaats, die derepressie van SOS-genen veroorzaakt ; 2. 2. splitsing van de CI-repressor van λ lambda faag, waardoor de faag van een lysogene in een lytische vorm overgaat; 3. bewerking van UmuD → UmuD’ door het inkerven van UmuD op de Cys24-Gly25 plaats, hetgeen een voorwaarde is voor de assemblage van het door SOS geïnduceerde mutagene DNA-polymerase V (Pol V) dat bestaat uit UmuD’2C. De snelheidsbeperkende stap in de synthese van Pol V is de verwerking van UmuD→ UmuD’, die veel langzamer verloopt dan de zelfcleavage van LexA. De rol van Pol V bij mutagenese is translesionsynthese (TLS) over de beschadiging in het template-DNA heen, waardoor DNA-replicatie mogelijk wordt, vaak ten koste van de getrouwheid die tot mutatie leidt. Al deze eiwitten, de CI repressor van λ faag en LexA repressor, UmuD, PolB/DinA (Pol II) en DinB (Pol IV) eiwitten zijn homoloog in hun carboxy-terminale domeinen, en worden alle gecodeerd door din (sos) genen gereguleerd onder SOS respons.

Inductie van de SOS respons verloopt tot 45-60 min na behandeling van bacteriën met SOS inducerende middelen en stopt dan abrupt. Binnen deze tijd zijn de meeste laesies hersteld. De timing van de derepressie van individuele din-genen hangt af van de sterkte van de binding van de LexA-repressor met de SOS-box en van het gemak waarmee de LexA-repressor van een bepaalde SOS-box wordt losgemaakt.

3.1. Door din::lacZ vorming en β-galactosidase assay

De SOS respons werd eerder bestudeerd door het testen van de toename in din genen expressie, hetzij van de natuurlijke genen, of met behulp van een reporter gen construct b.v. fusie een putatieve din promotor met promoter-less lacZ gen coderen β-galactosidase. Graham Walker en medewerkers waren de eersten die voor deze taak gebruik maakten van een defecte faag, Mu1d(Ap,lacZ) geconstrueerd door Casadaban en Cohen , die gemakkelijk willekeurig inserteert in het chromosoom van E. coli K12 en een mutatie creëert. Deze faag draagt een promotorloos lacZ-gen, zodat β-galactosidase niet tot expressie komt. Wanneer de Mu-faag echter bij toeval wordt geïntegreerd onder de promotor van een din-gen, waardoor een functioneel din::Mu-1d(Ap,lacZ) operon ontstaat, wordt β-galactosidase gesynthetiseerd als reactie op DNA-beschadiging.

Doordat hydrolyse van het β-galactosidase substraat (o-nitrophenyl-β-galactoside) gele kolonies vormt, kunnen de kolonies met een din::Mu-lacZ fusie gemakkelijk op agarplaten worden geselecteerd; het precieze niveau van β-galactosidase dat tot expressie komt als reactie op DNA-schade kan dan nauwkeurig worden gemeten in vloeibaar medium (zie Fig.1 voor details). Op deze wijze werden meer dan tien nieuwe din-genen gedetecteerd en de meeste daarvan vervolgens geïdentificeerd.

Nu is een nieuwe methode uitgewerkt om de expressie van SOS-genen en de promotoractiviteit van de SOS-genen te meten (bv, recA, lexA, umuDC) te meten door gebruik te maken van een plasmide met een te onderzoeken SOS-promotor die is versmolten met het reportergen gfp dat codeert voor groen fluorescent eiwit (GFP). Dit maakt het mogelijk de promotoractiviteit van SOS-genen in een enkele bacteriecel te meten, alsmede de lokalisatie en duur van de SOS-inductie. Het blijkt dat de inductie van de SOS genen niet als één enkele gebeurtenis verloopt, maar volgt in verschillende herhaalbare stappen waarvan de modulatie afhangt van de SOS-inducerende dosis, het niveau van beschadiging in het DNA, en de accumulatie van het UmuD’ eiwit. Deze methode opent een nieuwe manier om de dynamiek van de SOS-reactie te meten.

3.2. Door het zoeken naar SOS-vakjes: Bepaling van de heterologie-index (HI)

Vooruitgang in DNA-sequencing en kennis van de karakteristieke elementen van SOS-gensequenties maakten directe computationele zoektochten naar SOS-induceerbare genen mogelijk. Toen 33% van het chromosomale DNA van E. coli gesequeneerd was, lokaliseerden Lewis et al. door sequentieanalyse en kwantitatieve DNA-bindingsexperimenten zes nieuwe potentieel LexA-gereguleerde genen, en noemden ze sosA-F . Voor twee daarvan, sosC en sosD, bevestigden de auteurs experimenteel dat zij sterk aan gezuiverde LexA-repressor bonden.

Door de sequenties van de SOS-boxen van 19 destijds bekende din-genen (waaronder sosA-sosF) te vergelijken, stelden zij vervolgens vast dat de consensussequentie van de SOS-boxen een perfect palindroom is, TACTG(TA)5CAGTA ; en op basis van de theorie van Berg en von Hippel berekenden zij mathematisch voor elk van de SOS-boxen een heterologie-index (HI). Deze index geeft de afwijking van een SOS-box van de consensus aan en wanneer de waarde ervan laag is, wordt het gen sterk onderdrukt, en wanneer de waarde ervan hoog is, wordt het gemakkelijker gede-represseerd. Bij een HI groter dan 15 bindt de LexA repressor niet aan de SOS-box. Vandaar dat de HI waarde een maat is voor de relatieve sterkte van de binding van de LexA repressor aan een gegeven SOS box, en verantwoordelijk is voor de variatie in het derepressiepotentieel.

Toen de DNA-sequentie van het gehele E. coli K12 chromosoom was bepaald lokaliseerden Fernandez de Henestrosa et al, door te zoeken naar potentiële SOS-boxen geassocieerd met open leesramen, 69 potentiële SOS-boxen met een HI waarde ≤ 15, waaronder alle eerder bekende en zeven nieuwe. De nieuwe genen werden vervolgens geanalyseerd op hun vermogen om tot expressie te komen bij MC behandeling, op de lengte van het tot expressie gebrachte mRNA, en op de HI waarden (Fig. 2). De analyses werden uitgevoerd in drie isogene E. coli stammen die verschillen in het lexA allel: lexA+(wild type) SOS-induceerbaar, SOS niet-induceerbaar lexA3(Ind-), en het constitutief tot expressie gebrachte lexA51(Def) allel. Potentiële functies van de nieuwe en oude genen werden verder gekarakteriseerd; en besproken. De resultaten bevestigden dat elk van de nieuwe SOS box-bevattende genen inderdaad LexA-afhankelijk gen was, en dat de expressie ervan alleen werd geïnduceerd door MC in de lexA+ stam; anders kwamen ze ofwel niet tot expressie (lexA3), of volledig tot expressie (lexA51), ongeacht of de bacteriën met MC werden behandeld of niet (zie Fig 2 voor details).

Uit de nucleotidesequentie van het ydjQ gen (alternatieve namen b1741 sosD) werd afgeleid dat het codeert voor een 295 aminozuur lang eiwit dat een significante homologie deelt met de N -terminale helft van het UvrC eiwit. Van het UvrABC-excinuclease (bestaande uit UvrA-, UvrB- en UvrC-eiwitten) was bekend dat het betrokken is bij nucleotide excison repair (NER), waarbij omvangrijke adducten of structuurbeïnvloedende laesies (b.v. pyrimidine-dimeren, pyrimidine (6-4) fotoproducten, en abasische plaatsen) uit gemodificeerd DNA worden verwijderd. Het was ook bekend dat het N-deel van UvrC ssDNA in eerste instantie aan de 3′ kant van de laesie insnijdt, en vervolgens het C-deel van UvrC het DNA aan de 5′ kant van de laesie insnijdt. Recentelijk hebben Moolenaar et al, het YdjQ eiwit omgedoopt tot Cho (naar UvrC homoloog) en onderzochten de enzymatische activiteit ervan. Zij bevestigden dat Cho eiwit UvrB-DNA preincisie complexen alleen aan de 3′-zijde van de laesie insnijdt; echter, sommige laesies in DNA die zeer slecht door het UvrC eiwit werden ingesneden, werden zeer efficiënt door Cho eiwit ingesneden. Het Cho eiwit vergroot dus sterk het substraatbereik bij DNA reparatie door het NER systeem. De uvrA, uvrB, en ydjQ (maar niet uvrC) genen zijn SOS-geïnduceerde genen.

3.3. Lokalisatie van din-genen met behulp van microarray-technieken

Met de microarray-techniek kan een groot aantal genen in één experiment worden gevolgd. Courcelle et al., gebruikten microarrays die geamplificeerde E coli DNA chromosoomfragmenten bevatten met open leesramen van 4101 genen (95,5% van het totaal) om de expressie te meten van alle genen in UV bestraalde en niet bestraalde SOS-induceerbare (lexA+) en niet-induceerbare lexA1(Ind-) stammen. In de UV-bestraalde lexA+ stam identificeerden de auteurs 17 nieuwe LexA-afhankelijke SOS-geïnduceerde genen, naast de 26 die al bekend waren; het totale aantal SOS-geïnduceerde genen in E. coli is daarom waarschijnlijk 43. In dezelfde publicatie stelden de auteurs vast dat het ssb-gen, dat codeert voor een ssDNA-bindend eiwit, niet SOS-induceerbaar is, zoals eerder werd gedacht. Zij stelden ook een aantal genen vast waarvan de expressie toenam (meestal niet meer dan het tweevoudige) in UV-bestraalde cellen, maar die niet door LexA-eiwit werden gereguleerd. Zij stelden vast dat de eiwittranscripten van veel genen die niet door LexA werden gereguleerd, na UV-bestraling waren verminderd, en concludeerden dat deze transcripten waarschijnlijk door UV waren beschadigd of afgebroken. Zij identificeerden ook dertig genen met potentiële SOS box-achtige structuren, maar die niet door LexA werden gereguleerd.

Mechanisme en specificiteit van LexA Repressor Binding aan SOS Boxen

Aangenomen wordt dat de sequenties van alle potentiële SOS boxen in het E. coli chromosoom zijn geïdentificeerd. Enkele voorbeelden van SOS-boxen die LexA-repressor binden (A) of niet binden (B en C), samen met de HI-waarden en het aantal mismatches (NM) worden getoond in tabel 1. NM staat voor het aantal posities in SOS boxen dat afwijkt van een perfect palindroom. Zowel het aantal als het patroon van de mismatches kunnen bepalend zijn voor de specificiteit van de binding van het LexA eiwit aan elke individuele SOS box. Het lijkt erop dat deze hypothese een goede verklaring is voor de specificiteit en de verschillende sterkte van de binding van het LexA eiwit aan sequenties van SOS boxen. Maar dit zou bevestigd moeten worden.

Het is te zien dat over het algemeen, wanneer de SOS-boxen lage HI waarden hebben, tussen 2.7 en 12, zij LexA repressor kunnen binden (Tabel 1A); en wanneer de HI boven 16.4 is (Tabel 1B) zijn zij blijkbaar niet in staat LexA repressor te binden. In sommige gevallen (getoond in deel C) zoals de yigN (alternatieve naam sosB), en dinJ (sosA) genen, binden de SOS boxen echter niet aan LexA repressor ondanks hun matige HI waarden (respectievelijk 9.27 en 7.06) .

Karakteristieken van sommige SOS-geïnduceerde genen

De SOS-responsgenen worden verspreid over het chromosoom van E. coli gevonden als afzonderlijke genen die in afzonderlijke operons liggen. Zes ervan, umuDC (de bron van Pol V), ruvAB (katalyse van takmigratie in Holliday structuren), en ysdAB (van onbekende functie) worden gecodeerd door paren van genen die een operon vormen. In het algemeen is slechts één SOS-box in één operon aanwezig. Uitzonderingen zijn de genen lexA en ydjM (b1728) die elk twee SOS-boxen bevatten (gescheiden door respectievelijk één en twee basen) en recN die drie SOS-boxen bevat. De sequenties van de SOS-boxen in één gen zijn verschillend. In het geval van ydjM binden twee dimere LexA-repressoren zich coöperatief aan elke SOS-box, en naar schatting zijn zij beide functioneel . De sequenties van de SOS-boxen in één gen verschillen 2 tot 4 basen. Hoe en waarom de extra SOS-boxen in genen ontstaan, en hoe zij het gen-expressiepotentieel beïnvloeden, zijn vragen die nog moeten worden beantwoord.

De tijd die nodig is voor derepressie van SOS-geïnduceerde genen

De tijdschaal voor gen-derepressie en synthese van de SOS-geïnduceerde eiwitten varieert voor individuele genen. De genen die het snelst worden gedepressioneerd (<1 min na SOS inductie) zijn: lexA dat codeert voor LexA repressor proteïne (snel afgebroken in SOS geïnduceerde cellen), uvrAB, cho en uvrD betrokken bij NER herstel, ruvAB dat deelneemt aan recombinationeel DNA herstel, polB en dinB die coderen voor Pol II en Pol IV, respectievelijk, en dinI, wiens product de verwerking van UmuD tot UmuD’ remt. Het UmuD’-eiwit is noodzakelijk voor de synthese van het mutagene Pol V (UmuD’2C) . Daarom vertraagt het DinI-eiwit de synthese van Pol V. De expressie van de recA- en recN-genen die coderen voor recombinatie- en recombinatie-reparatie-eiwitten, vindt 5 min. na SOS-inductie plaats, terwijl die van sulA (oude naam, sfiA) en umuDC in het laatste stadium van SOS-inductie optreedt. Het sulA-eiwit is een remmer van de celdeling die een filamenteuze groei van de cellen veroorzaakt en de tijd verlengt gedurende dewelke het cellulaire DNA kan hersteld worden.

Kopie-aantallen van din genen die coderen voor proteïnen

RecA en UvrD behoren tot de meest overvloedig gesynthetiseerde proteïnen. Hun aantallen op een constitutief niveau zijn respectievelijk ongeveer 10.000 en 8.000 kopieën per cel en vertienvoudigen na SOS inductie. Het RecA-eiwit bindt zich aan ssDNA en beschermt het waarschijnlijk tegen ongecontroleerde vernietiging. UvrD, DNA helicase II, neemt deel aan het door dam geïnstrueerde mutHLS-afhankelijke mismatch repair (MMR) , en neemt deel aan UvrABC- en Cho-afhankelijk (NER) herstel door het schade-bevattende ssDNA te verplaatsen van de herstelde DNA streng . De aantallen eiwitmoleculen gesynthetiseerd in niet-geïnduceerde vs. SOS-geïnduceerde cellen zijn als volgt: 20:250 voor UvrA; 250:1000 voor UvrB; 40:300 voor DNA Pol II, en 250:2500 voor DNA Pol IV (11, 34). UmuD-eiwit komt tot expressie, met 180 moleculen per niet-geïnduceerde, en met 2400 moleculen per niet-functionele LexA-repressorcel; er zijn 200 UmuC-moleculen per SOS-geïnduceerde cel en geen Pol V (< 15 moleculen) in niet-geïnduceerde cel .

Mutagene SOS-geïnduceerde DNA-polymerasen

In E. coli zijn er naast de constitutief gesynthetiseerde DNA-replicerende Pol III drie potentieel mutagene DNA-polymerasen waarvan de synthese verhoogd is (Pol II en Pol IV) of alleen optreedt in SOS-geïnduceerde cellen (Pol V). Hiervan is Pol II het enige DNA-polymerase dat een 3′-5′-exonuclease proofreading-activiteit bezit en het is het minst foutgevoelig; zijn rol omvat ook het herstel van afgebroken DNA bij replicatievorken. Zowel pol II als pol IV verschijnen in de vroege stadia van SOS-inductie, en pol V in het eindstadium . Pol V is het meest foutgevoelige enzym en het belangrijkste voor de mutageniciteit van de door SOS geïnduceerde cellen.

In E. coli die defect zijn in umuD(C) worden bijna geen mutaties geïnduceerd na UV-bestraling en de mutaties die worden geïnduceerd door MMS-behandeling zijn sterk verminderd . De belangrijkste mutagene laesies die na bestraling met UV in het DNA worden gevormd zijn TT-cis-syn cyclobutaan dimeren en CT of TT (6-4) fotoproducten , terwijl na behandeling met MMS vooral 3-methyladenine (3meA), apurinische plaatsen en 1meA en 3meC (in alkB-mutantcellen) worden aangetroffen. Zowel UV als MMS zijn, evenals vele andere mutagenen, SOS-inductoren en hoewel de beschadigende beschadigingen verschillend zijn, moet het SOS-inducerende signaal dus gemeenschappelijk zijn; algemeen wordt aangenomen dat SOS-inducerende signalen RecA/ssDNA-filamenten zijn die worden gevormd op zich ophopend ssDNA in de cellen wanneer de DNA-synthese wordt gestopt. Sommige premutagene laesies vereisen mutagene DNA-polymerasen om tot mutaties te leiden, terwijl andere dat niet doen. Welke door SOS geïnduceerde, mutagene DNA-polymerase nodig is, hangt echter af van het type laesie .

Conclusie

De hypothese van de SOS-reactie was verbazingwekkend, vruchtbaar en inspirerend. Wij verzamelden veel informatie betreffende het metabolisme van DNA, de uitdrukking van de SOS-geïnduceerde genen, en hun functies. Toch zijn er nog steeds nieuwe ideeën.

Acknowledgements

Ik ben professor Graham C.Walker, Roger Woodgate en Blackwell Science Publisher zeer erkentelijk voor de toestemming tot herdruk.

Conflict of Interest

De auteur heeft verklaard dat er geen belangenconflict bestaat.

1. Weigle JJ. Inductie van mutatie in een bacterieel virus. Proc Natl Acad Sci U S A. 1953;39(7):628-636

2. Radman M. Phenomenology of an inducible mutagenic DNA repair pathway in Escherichia coli: SOS repair hypothesis. In: (ed.) Sherman S, Miller M, Lawrence C, Tabor WH. Moleculaire en milieuaspecten van mutagenese. Springfield IL: Charles C Thomas uitgeverij. 1974:128-142

3. Borek E, Ryan A. The transfer of irradiation-elicited induction in a lysogenic organism. Proc Natl Acad Sci U S A. 1958;44(5):374-347

4. Hertman I, Luria SE. Transduction studies on the role of a rec+ gene in the ultraviolet induction of prophage lambda. J Mol Biol. 1967;23(2):117-133

5. Defais M, Fauquet P, Radman M, Errera M. Ultraviolette reactivatie en ultraviolette mutagenese van lambda in verschillende genetische systemen. Virologie. 1971;43(2):495-503

6. Craig R. Function of nucleoside triphosphate and polynucleotide in Escherichia coli recA protein-directed cleavage of phage lambda repressor. J Biol Chem. 1981;256(15):8039-8044

7. Witkin EM. Ultraviolet-geïnduceerde mutatie en DNA repair. Annu Rev Microbiol. 1969;23:487-514

8. Bridges BA. Error-prone DNA repair and translesion DNA synthesis II: The inducible SOS hypothesis. DNA Reparatie (Amst). 2005;4(6):725-739

9. Eller MS, Asarch A, Gilchrest BA. Photoprotection in human skin-A multifaceted SOS response. Phtochem & Photobiol. 2008;84:339-349

10. Clark AJ, Margulies AD. Isolation and characterization of recombination-deficient mutants of Escherichia coli K12. Proc Natl Acad Sci U S A. 1965;53:451-459

11. Kuzminov A. Recombinational repair of DNA damage in Escherichia coli and bacteriophage lambda. Microbiol Mol Biol Rev. 1999;63(4):751-813

12. Horii T, Ogawa T, Nakatani T, Hase T, Matsubara H, Ogawa H. Regeling van SOS functies: zuivering van E. coli LexA eiwit en bepaling van zijn specifieke plaats gekliefd door het RecA eiwit. Cell. 1981;27(3 Pt 2):515-522

13. Little JW, Mount DW. Het SOS-regulerend systeem van Escherichia coli. Cell. 1982;29(1):11-22

14. Walker GC. Mutagenesis and inducible responses to deoxyribonucleic acid damage in Escherichia coli. Microbiol Rev. 1984;48(1):60-93

15. Arenson TA, Tsodikov OV, Cox MM. Quantitative analysis of the kinetics of end-dependent disassembly of RecA filaments from ssDNA. J Mol Biol. 1999;288(3):391-401

16. Schlacher K, Pham P, Cox MM, Goodman MF. Rollen van DNA polymerase V en RecA proteïne in SOS schade-geïnduceerde mutatie. Chem Rev. 2006;106(2):406-419

17. Lewis LK, Harlow GR, Gregg-Jolly LA, Mount DW. Identification of high affinity binding sites for LexA which define new DNA damage-inducible genes in Escherichia coli. J Mol Biol. 1994;241(4):507-523

18. Thliveris AT, Little JW, Mount DW. Repression of the E coli recA gene requires at least two LexA protein monomers. Biochimie. 1991;73(4):449-456

19. Burckhardt SE, Woodgate R, Scheuermann RH, Echols H. UmuD mutagenese eiwit van Escherichia coli: overproductie, zuivering, en splitsing door RecA. Proc Natl Acad Sci U S A. 1988;85(6):1811-1815

20. Shinagawa H, Iwasaki H, Kato T, Nakata A. RecA protein-dependent cleavage of UmuD protein and SOS mutagenesis. Proc Natl Acad Sci USA. 1988;85(6):1806-1810

21. Tang M, Shen X, Frank EG, O’Donnell M, Woodgate R, Goodman MF. UmuD'(2)C is een fout-gevoelig DNA polymerase, Escherichia coli pol V. Proc Natl Acad Sci U S A. 1999;96(16):8919-8924

22. Kenyon CJ, Walker GC. DNA-schadeverwekkers stimuleren genexpressie op specifieke loci in Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci U S A. 1980;77(5):2819-2823

23. Casadaban MJ, Cohen SN. Lactose genen gefuseerd met exogene promotors in één stap met behulp van een Mu-lac bacteriofaag: in vivo probe voor transcriptionele controle sequenties. Proc Natl Acad Sci U S A. 1979;76(9):4530-4533

24. Bonner CA, Hays S, McEntee K, Goodman MF. DNA Polymerase II wordt gecodeerd door het DNA damage-inducible dinA gen van Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA. 1990;87:7663-7667

25. Wagner J, Gruz P, Kim SR, Yamada M, Matsui K, Fuchs RPP, Nohmi T. Het dinB gen codeert voor een nieuw E. coli DNA polymerase, DNA pol IV, betrokken bij mutagenese. Mol Cell. 1999;4(2):281-286

26. Friedman N, Vardi S, Ronen S, Alin M, Stavans J. Precise temporal modulation in the response of the SOS DNA repair network in individual bacteria. PLoS Biol. 2005;3(7):e238

27. Krishna S, Maslov S, Sneppen K. UV-geïnduceerde mutagenese in Escherichia coli SOS-reactie: een kwantitatief model. PLoS Comput Biol. 2007;3(3):e41

28. Fernandez de Henestrosa AR, Ogi T, Aoyagi S, Chafin D, Hayes JJ, Ohmori H, Woodgate R. Identification of additional genes belonging to the LexA regulon in Escherichia coli. Mol Microbiol. 2000;35(6):1560-1572

29. Selby CP, Sancar A. Mechanismen van transcriptie-repair koppeling en mutatie frequentie daling. Microbiol Rev. 1994;58(3):317-29

30. Moolenaar GF, van Rossum-Fikkert S, van Kesteren M, Goosen N. Cho, a second endonuclease involved in Escherichia coli nucleotide excision repair. Proc Natl Acad Sci U S A. 2002;99(3):1467-1472

31. Courcelle J, Khodursky A, Peter B, Brown PO, Hanawalt PC. Comparative gene expression profiles following UV exposure in wild-type and SOS-deficient Escherichia coli. Genetics. 2001;158(1):41-64

32. Yasuda T, Morimatsu K, Horii T, Nagata T, Ohmori H. Inhibitie van Escherichia coli RecA coprotease door Din I. EMBO J. 1998;17(11):3207-3216

33. Cooper DL, Lahue R.S, Modrich P. Mismatch repair in replication fidelity, genetic recombination, and cancer biology. Annu Rev Biochem. 1996;65:101-133

34. Kim S.-R, Matsui K, Yamada M, Gruz P, Nohmi T. Roles of chromosomal din genes encoding DNA pol IV in targeted and untargeted mutagenesis in Escherichia coli. Mol Cell. 1999;4(2):281-286

35. Woodgate R, Ennis DG. Levels of chromosomally encoded Umu proteins and requirements for in vivo UmuD cleavage. Mol Gen Genet. 1991;229(1):10-16

36. Rangarajan S, Woodgate R, Goodman MF. A phenotype for enigmatic DNA polymerase II in replication restart in UV-irradiated Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci USA. 1999;96(16):9224-9229

37. Kato T, Shinoura Y. Isolation and characterization of mutants of Escherichia coli deficient in induction of mutations by ultraviolet light. Mol Gen Genet. 1977;156(2):121-131

38. Sledziewska-Gojska E, Janion C. Alternatieve routes van methylmethansulfonaat-geïnduceerde mutagenese in Escherichia coli. Mol Gen Genet. 1989;216(1):126-31

39. Nieminuszczy J, Sikora A, Wrzesinski M, Janion C, Grzesiuk E. AlkB dioxygenase in het voorkomen van MMS-geïnduceerde mutagenese in Escherichia coli: effect van Pol V en AlkA-eiwitten. DNA Reparatie (Amst). 2006;5(2):181-188

40. Napolitano R, Janel-Bintz R, Wagner J, Fuchs RP. Alle drie de SOS-induceerbare DNA-polymerasen (Pol II, Pol IV en Pol V) zijn betrokken bij geïnduceerde mutagenese. EMBO J. 2000;19(22):6259-6265

41. Fuchs RP, Fujii S, Wagner J. Eigenschappen en functies van Escherichia coli: Pol IV en Pol V. Adv Protein Chem. 2004;69:229-264

42. Foster PL. Stress-geïnduceerde mutagenese in bacteriën. Crit Rev Biochem Molec Biol. 2007;42:373-397

43. Iwasaki H, Nakata A, Walker GC, Shinagawa H. Het Escherichia coli polB gen, dat codeert voor DNA polymerase II, wordt gereguleerd door het SOS systeem. J Bacteriol. 1990;172(11):6268-6273

Author contact