SOS-järjestelmä on bakteerien puolustusjärjestelmä, joka aktivoituu vasteena vakavalle DNA -vauriolle tai replikaation estymiselle ja käynnistää monimutkaisen puolustusreaktioketjun, mukaan lukien monien korjaukseen liittyvien geenien ilmentymisen . Fysiologisia muutoksia solussa SOS-järjestelmän vaikutuksesta kutsutaan SOS-vasteeksi. RecA -proteiinilla on keskeinen rooli SOS-järjestelmän käynnistämisessä . Se aktivoi LexA -proteiinin itsensä pilkkoutumisen , mikä normaaleissa olosuhteissa estää SOS-järjestelmän geenien ilmentymisen [1] .
SOS-järjestelmän löysi ja nimesi vuonna 1975 Miroslav Radman E. colissa ( Escherichia coli ) [2] .
SOS-järjestelmä aktivoituu vasteena UV-säteilyn tai kemiallisten aineiden vaikutuksen aiheuttamiin DNA-vaurioihin sekä replikaation estämiseen ja tiettyjen lääkkeiden vaikutuksen alaisena [1] .
SOS-vaste koostuu korjausreittien työn tehostamisesta indusoimalla proteiinien ilmentymistä, jotka osallistuvat leikkauskorjaukseen tai rekombinaatioon . SOS-vasteen olosuhteissa solun jakautuminen estyy, ja lisäksi lysogeenisiä profaageja voidaan aktivoida [1] .
SOS-vasteen alussa RecA-proteiini aktivoituu vasteena haitalliseen vaikutukseen. Aktivaation laukaiseva signaali voi olla pieni molekyyli , joka vapautuu DNA:sta vaurioituessaan, tai erityinen spatiaalinen rakenne, joka muodostuu vaurioituneeseen DNA:han. RecA:n aktivointi in vitro -olosuhteissa vaatii yksijuosteista DNA:ta ja ATP :tä . SOS-vastaus laukeaa hyvin nopeasti, vain muutaman minuutin kuluttua RecA:n aktivoinnista. RecA:n vaikutuksesta LexA-proteiini, joka on monien operonien vakaa repressori , pilkkoutuu . LexA:lla on piilevä proteaasiaktiivisuus , ja aktivoidun RecA:n vaikutuksesta se pilkkoutuu autokatalyyttisesti , minkä ansiosta kaikki sen vaimentamat operonit aktivoituvat. Monet geenit, joita LexA normaalisti tukahduttaa, koodaavat korjaukseen osallistuvia proteiineja. Jotkut proteiinit ilmentyvät alhaisella tasolla ja normaaleissa olosuhteissa, mutta kun LexA tuhoutuu, niiden ilmentyminen lisääntyy dramaattisesti. Esimerkiksi urvB -geenillä , jonka tuote osallistuu leikkauskorjaukseen, on kaksi promoottoria , joista toinen on LexA:sta riippumaton ja toinen LexA:n ohjaama. Normaaleissa olosuhteissa vain yksi promoottori toimii, mutta kun LexA pilkkoutuu, molemmat toimivat, mikä lisää proteiinituotteen tasoa [3] .
LexA sitoo kohteissaan niin sanotun SOS-boxin, 20 bp:n alueen, joka sisältää konsensuksen kahdeksasta täysin säilyneestä asemasta. SOS-laatikko sisältyy pääsääntöisesti promoottoriin. LexA myös repressoi recA -geeniä ja omaa geeniään, joten SOS-vasteen olosuhteissa molemmat proteiinit syntetisoituvat aktiivisesti. RecA:n taso voi nousta jopa 50-kertaiseksi, ja tällaisissa pitoisuuksissa RecA alkaa itse osallistua leikkauskorjaukseen. Samaan aikaan RecA jatkaa LexA:n itsensä pilkkoutumisen indusoimista, mikä estää sitä toimimasta repressorina SOS-vasteen aikana [4] .
Jos haittavaikutus häviää, solu palaa nopeasti normaalitilaansa. Traumaattisen tekijän puuttuessa RecA-proteiini ei voi enää horjuttaa LexA:ta, ja LexA alkaa vaimentaa kohdegeeniensä ilmentymistä [5] .
RecA laukaisee LexA:n lisäksi myös UmuD -proteiinin pilkkoutumisen , joka näin aktivoituu, ja sen mukana virhealtis korjausjärjestelmä aktivoituu. Yleisimmän mallin mukaan UmuD 2 UmuC -kompleksi sitoutuu RecA:han lähellä vauriokohtaa. Seuraavaksi RecA katkaisee UmuD:n muodostaen UmuD':n, joka aktivoi kompleksin, ja sen jälkeen UmuD' 2 UmuC -kompleksi, joka tunnetaan nimellä DNA-polymeraasi V , syntetisoi DNA-fragmentin vaurioituneen alueen yli sallien samalla huomattavasti enemmän virheitä kuin tavanomainen DNA-polymeraasi [6] .
RecA:n vaikutuksesta monien lysogeenisten profaagien, esimerkiksi profagin λ , repressoriproteiinit pilkkoutuvat . Tämä reaktio ei ole osa SOS-vastetta, vaan se toimii signaalina virukselle isäntäsolun ahdingosta, joten jotta faagi ei kuole sen mukana, se siirtyy lyyttiseen sykliin nopeaa lisääntymistä varten [6] .
On osoitettu, että SOS-järjestelmällä voi olla tärkeä rooli tietyille antibiooteille resistenssin aiheuttavien mutaatioiden syntymisessä [7] . Mutaatioiden lisääntyminen SOS-vasteen aikana johtuu siitä, että sen aikana virhealttiit DNA-polymeraasit palauttavat vaurioituneita alueita [7] .
| DNA:n korjaus | |
|---|---|
| Leikkauskorjaus |
|
| Muut korvaustyypit |
|
| Muut proteiinit |
|
| Säätö |
|