Участие хоминг-эндонуклеазы SegC бактериофага Т4 в генетической рекомбинации у Т-четных бактериофагов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Грановский, Игорь Эдуардович

• Грановский, Игорь Эдуардович
• кандидат биологических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Грановский, Игорь Эдуардович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Семейство Т-четные бактериофаги.

1.1.1. Классификация бактериофагов Т4-типа.8'

1.1.2. Классические Т-четные бактериофаги.

1.1.3. Явление частичного исключения маркеров у Т-четных фагов.

1.2. Бактериофаг Т4.

1.2.1. Особенности структуры и развития бактериофага Т4.

1.2.2. Рекомбинация у бактериофага Т4. SPC-модель рекомбинации.

1.3. Хоминг-эндонуклеазы как особый класс ферментов.

1.3.1. Общая характеристика хоминг-эндонуклеаз.

1.3.2. Характеристика отдельных семейств хоминг-эндонуклеаз.

1.3.3. Хоминг-эндонуклеазы фага Т4.

1.3.4. Молекулярные механизмы хоминга.'.

1.3.5. Использование хоминг-эндонуклеаз в научных и практических целях.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.2. Материалы.

2.1.1. Среды, основные буферы и растворы.

2.1.2. Материалы и реактивы.

2.1.3. Штаммы бактерий и бактериофаги.

2.1.4. Олигонуклеотиды.

2.1.5. Плазмидные вектора.

2.3. Методы исследования.

2.2.1. Получение компетентных клеток Е. coli и трансформация.

2.2.2. Получение плазмидной ДНК и определение ее концентрации.

2.2.3. Получение Т-четных бактериофагов.~.

2.2.4. Получение фага ?i.CE6.

2.2.5. Очистка Т-четных бактериофагов равновесным центрифугированием в градиенте CsCl.

2.1.6. Получение геномной ДНК бактериофагов и бактерий.

2.2.6. Полимеразная цепная реакция (ПЦР).

2.2.7. Гидролиз ДНК эндонуклеазами и лигирование фрагментов ДНК.

2.2.8. Конструирование плазмид и секвенирование ДНК.

2.2.9. Анализ рекомбинантных клонов.

2.2.10. Электрофорез ДНК.

2.2.11. ДНК-ДНК гибридизация (по Саузерну).

2.2.12. Электрофорез белков и определение концентрации белка.

2.2.13. Экспрессия гена segC и получение препарата белка SegC.

2.2.14. Получение экстрактов клеток Е. coli, инфицированных фагом Т4.

2.2.15. Определение эндонуклеазной активности SegC.

2.2.16. Определение точек расщепления SegC.

2.2.17. Получение рекомбинатных бактериофагов.

2.2.18. Скрещивание бактериофагов и анализ потомства.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЕН segC ФАГА Т4 КОДИРУЕТ ХОМИНГ-ЭНДОНУКЛЕАЗУ.

3.1. Анализ области генов 5 - 6 у Т-четных бактериофагов.

3.2. Ген segC кодирует сайт-специфическую эндонуклеазу.

3.3. Сайт гидролиза эндонуклеазы SegC в фаге T2L находится непосредственно в сайте инсерции собственной ОРС.

3.4. SegC активен на модифицированной ДНК Т-четных фагов.

3.5. Эндонуклеаза SegC инициирует хоминг собственного гена при скрещивании Т4 и T2L.

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ И АНАЛИЗ SegC-ИНИЦИИРУЕМОЙ РЕКОМБИНАЦИИ В rll- ЛОКУСЕ Т4.

3.6. Создание модели рекомбинации, основанной на внесении SegC сайт-специфического двунитевого разрыва в гЯ-локус.

3.7. Зависимость ДНР-инициируемой рекомбинации от расстояния.

3.8. Сравнение рекомбинации справа и слева от ДНР.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Ген segC фага Т4 кодирует хоминг-эндонуклеазу.

SegC-инициируемая рекомбинация в rll-локусе Т4.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Участие хоминг-эндонуклеазы SegC бактериофага Т4 в генетической рекомбинации у Т-четных бактериофагов»

Хоминг-эндонуклеазы являются особым классом сайт-специфических эндодезоксирибонуклеаз. Первоначально, открытые рамки считывания (ОРС) хоминг-эндонуклеаз были обнаружены в митохондриальных геномах дрожжей в составе мобильных интронов группы I, которые способны перемещаться в безинтронный аллель (явление получило название хоминг, от англ. homing — возвращение домой). Как оказалось, мобильность интронов группы I обусловлена кодируемыми ими сайт-специфическими эндонуклеазами, которые способны дифференцированно узнавать безинтронный аллель и вносить в него разрыв. Репарация поврежденной» молекулы осуществляется по интактной ДНК интрон-содержащего аллеля, что приводит к генной конверсии - замещению безинтронного аллеля интрон-содержащим. В настоящее время известно, что, в дополнение к интронам, хоминг-эндонуклеазы также кодируются интеинами и свободностоящими генами, и распространены- во всех биологических царствах.

Интерес к хоминг-эндонуклеазам обусловлен их структурно-функциональными особенностями. Отличительной чертой хоминг-эндонуклеаз является способность узнавать протяженные (от 12 до 40 п.н.) вырожденные последовательности за счет г' образования большого числа специфических и неспецифических контактов с ДНК по всей длине сайта узнавания. Как следствие, практически каждая, хоминг-эндонуклеаза узнает уникальную последовательность ДНК. Структурные и биохимические исследования этих ферментов не только расширяют границы наших представлений о природе ДНК-белковых взаимодействий, но и служат основой для создания эндонуклеаз с заданной специфичностью. Не менее интересны хоминг-эндонуклеазы с точки зрения познания эволюционных механизмов. Как правило, эти ферменты с высокой эффективностью инициируют генетический обмен между близкородственными видами, и, таким образом, участвуют в горизонтальном переносе генетической информации. Бактериофаги, в частности Т-четные, являются удобной моделью для изучения роли хоминг-эндонуклеаз в эволюции. Так, сравнительно небольшой геном фага Т4 (около 169 т.п.н.) содержит, по меньшей мере, 14 генов хоминг-эндонуклеаз, тогда как в родственных ему Т-четных фагах они встречаются редко. Считается, что хоминг-эндонуклеазы ответственны за так называемое явление исключения маркеров — преимущественное наследование маркеров Т4 при скрещивании фагов Т4 и Т2. При этом потомство, унаследовавшее маркеры Т2, является практически полностью рекомбинантным. По-видимому, хоминг-эндонуклеазы могут являться существенным фактором эволюции фагов.

Хоминг-эндонуклеазы могут выступать в роли не только объекта, но и инструмента исследований. В частности, они могут использоваться для изучения механизмов репарации двунитевых разрывов (ДНР) ДНК. ДНР в ДНК могут возникать случайно под действием повреждающих агентов, а также программироваться клеткой (например, при перестройке иммуноглобулиновых генов, переключении1 типа спаривания: у дрожжей, хоминге, мейотической рекомбинации). Неспособность репарировать ДНР'приводит к нестабильности генома или гибели клетки. Основной путь репарации ДНР основывается на гомологичной рекомбинации. В классической молекулярной генетике исследования рекомбинации базировались на анализе совокупности случайных рекомбинационных событий. Использование модельной системы с детерминированной точкой ДНР в ДНК значительно упрощает анализ и интерпретацию результатов генетических экспериментов. Использование хоминг-эндонуклеаз позволяет создать такую систему за счет способности этих ферментов узнавать протяженные редко встречаемые последовательности ДНК.

Бактериофаг Т4 представляет собой удобную модель, для изучения, рекомбинации. Т4, классический объект молекулярной биологии и генетики; является одним из наиболее изученных организмов. У этого фага имеется собственный репликационный ■ и рекомбинационный аппарат, который охарактеризован,биохимически. В высокой степени развита генетика. Т4. Кроме того, Т4 имеет собственные хоминг-эндонуклеазы, а значит его геном адаптирован к их действию.

Цели и задачи исследования.

Основная цель данной работы заключалась в изучении способности эндонуклеазы 8е§С инициировать, генетический обмен между Т-четными. бактериофагами, а также в разработке на основе эндонуклеазы 8е§С экспериментальной модели для. изучения механизмов репарации двунитевого разрыва у фага Т4.

В соответствии с целью работы были поставлены'следующие задачи:

1. Проанализировать область генов 5-6 у Т-четных бактериофагов с целью поиска сайта гидролиза 8е§С;

2. Получить препарат 8е§С и охарактеризовать его нуклеазную активность;

3. Локализовать предпочтительный сайт гидролиза SegC;

4. Изучить, способность 8е§С инициировать генетический обмен между Т-четными бактериофагами в области генов 5-6;

5. Создать на основе эндонуклеазы SegC и системы генетического анализа рекомбинации в rll-локусе Т4 модель для изучения рекомбинации, инициируемой ДНР;

6. Проанализировать в модельной системе зависимость частоты рекомбинации. от расстояния от ДНР; сравнить рекомбинацию слева и справа от ДЫР:

Научная новизна работы.

В данной работе описана новая сайт-специфическая эндонуклеаза SegC, относящаяся к GIY-YIG-семейству хоминг-эндонуклеаз. Фермент способен гидролизовать как ^модифицированную ДНК, так и природную ДНК Т-четных фагов, содержащую гликозилированные остатки гидроксиметилцитозина. Предпочтительный сайт гидролиза SegC обнаружен в области генов 5 — 6 фага T2L, в котором отсутствует ген segC. Показано, что SegC расщепляет ДНК T2L непосредственно в сайте инсерции собственного гена, что ранее считалось особенностью, присущей исключительно интрон-кодируемым эндонуклеазам. Установлено, что SegC в скрещиваниях Т4 и T2L инициирует генетический обмен между этими фагами в области генов 5-6, что сопровождается генной конверсией в этой области - замещением безнуклеазного аллеля T2L на jegC-содержащий аллель Т4. Полученные данные свидетельствуют в пользу гипотезы, что именно хоминг-эндонуклеазы ответственны за явление исключения1 маркеров, наблюдаемое в скрещиваниях Т4 и T2L.

Создана модельная система для изучения рекомбинации, инициируемой- ДНР в rll-локусе фага Т4. Положение разрыва определяется эндонуклеазой SegC, сайт которой-помещен в начало гена rllB. Анализ рекомбинации слева и справа от точки разрыва показал равную и симметричную инициацию рекомбинации каждым концом разорванной хромосомы. Исследована зависимость частоты рекомбинации от расстояния на участке, расположенном на расстоянии 12 - 2100 п.н. от ДНР в сериях двух- и трехфакторных скрещиваний. Полученные результаты подтверждают основные предсказания SPC (splice/patch coupling) модели рекомбинации. Научно-практическая ценность.

Полученные в данной работе результаты имеют в основном фундаментальное значение, однако некоторые из них могут найти практическое применение. Описанная в данном исследовании эндонуклеаза SegC может быть использована для создания эндонуклеаз с заданной специфичностью. Разработанная модель рекомбинации в rll-локусе может использоваться для изучения механизмов репарации ДНР.

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Грановский, Игорь Эдуардович

ВЫВОДЫ

1. Определена структура области генов 5 — 6 фага T2L. В сравнении с Т4, у данного фага отсутствует ген segC, при этом гомология фланкирующих последовательностей составляет ~98%.

2. Показано, что SegC является сайт-специфической эндонуклеазой. Фермент гидролизует ДНК с образованием 3'-выступающих концов длиной два н.о. SegC сохраняет специфичность при гидролизе природной ДНК Т-четных фагов, содержащих гликозилированные остатки гидроксиметилцитозина.

3. Сайт гидролиза SegC в области генов 5-6 фага T2L совпадает с сайтом инсерции собственной ОРС. При этом, SegC не способен эффективно гидролизовать in vitro ДНК Т4 вблизи собственного гена.

4. В скрещиваниях Т4 и T2L экспрессия гена segC обуславливает нереципрокный генетический обмен между этими фагами в области генов 5 — 6, что сопровождается хомингом гена segC.

5. На основе эндонуклеазы SegC и ее сайта гидролиза создана и апробирована модель для изучения рекомбинации, стимулируемой двунитевыми разрывами.

6. Определены частоты рекомбинации на участке до —2100 п.н. от точки разрыва. В двухфакторных скрещиваниях продемонстрировано наличие 4-х фаз рекомбинации. Установлено, что оба конца разорванной молекулы ДНК с близкой эффективностью способны инициировать рекомбинацию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Грановский, Игорь Эдуардович, 2009 год

1. Ackermann, H.-W. and Krisch, H.M. (1997) A catalogue of T4-type bacteriophages. Arch. Virol., 1997. 142, 2329-45.

2. Argast, G.M., Stephens, K.M., Emond, M.J. and Monnat, R.J.Jr. (1998) I-Ppol and I-Crel homing site sequence degeneracy determined by random mutagenesis and sequential in vitro enrichment. J. Mol. Biol., 280, 345-53.

3. Asselbergs, F.A. and Rival, S. (1996) Creation of a novel, versatile multiple cloning site cut by four rare-cutting homing endonucleases. Biotechniques, 20, 558-62.

4. Belfort, M. (1990) Phage T4 introns: self-splicing and mobility. Annual Review of Genetics, 24, 363-85.

5. Belfort, M. and Perlman, P.S. (1995) Mechanisms of intron mobility. J Biol Chem., 270, 30237-40.

6. Belfort, M. and Roberts, R. (1997) Homing endonucleases: keeping the house . in order. Nucleic Acids Res., 25, 3379-88.

7. Belle, A., Landthaler, M. and Shub, D.A. (2002) Intronless homing: site-specific endonuclease SegF of bacteriophage T4 mediates localized marker exclusion analogous to homing endonucleases of group I introns. Genes Dev., 16, 351-62.

8. Bell-Pedersen, D., Quirk, S.M., Aubrey, M. and Belfort, M. (1989) A site-specific endonuclease and co-conversion of flanking exons associated with the mobile td intron of phage T4. Gene, 82, 119-26.

9. Bell-Pedersen, D., Quirk, S.M., Bryk, M. and Belfort, M. (1991) I-TevI, the endonuclease encoded by the mobile td intron, recognizes binding and cleavage domains on its DNA target. Proc. Natl. Acad. Sci., 88, 7719-23.

10. Bibikova, M., Beumer, K., Trautman, J.K. and Carroll, D. (2003) Enhancing gene targeting with designed zinc finger nucleases. Science, 300, 764.

11. Bibikova, M., Carroll, D., Segal, D.J., Trautman, J.K., Smith, J., Kim, Y.G. and Chandrasegaran S. (2001) Stimulation of homologous recombination through targeted cleavage by chimeric nucleases. Mol. Cell. Biol., 21, 289-97.

12. Bibikova, M., Golic, M., Golic, K.G. and Carroll, D. (2002) Targeted chromosomal cleavage and mutagenesis in Drosophila using zinc-finger nucleases. Genetics, 161, 1169-75.

13. Bloch, C.A., Rode, C.K., Obreque, V.H. and Mahillon, J. (1996) Purification" of Escherichia coli chromosomal segments without cloning. Biochem. Biophys. Res. Commun., 223, 104-11.

14. Bradford, M.M. (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72, 248-54.

15. Brenneman, M., Gimble, F.S. and Wilson, J.H. (1996) Stimulation of intrachromosomal homologous recombination in human cells by electroporation with site-specific endonucleases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 3608-12.

16. Bryk, M., Belisle, M., Mueller, J.E. and Belfort, M. (1995) Selection of a remote cleavage site by I-tevI, the td intron-encoded endonuclease. J. Mol. Biol., 247, 197-210.

17. Bryk, M., Quirk, S.M., Mueller, J.E., Loizos, N., Lawrence, C. and Belfort, M. (1993) The td intron endonuclease I-TevI makes extensive sequence-tolerant contacts across the minor groove of its DNA target. EMBO J., 12, 2141-9.

18. Bujnicki J.M., Radlinska M. and Rychlewski L. (2001) Polyphyletic evolution of type II restriction enzymes revisited: two independent sources of second-hand folds revealed. Trends Biochem. Sci., 26, 9-11.

19. Caprara M. G., and Warning R.B. (2005). In: Belfort M., Derbyshire V., Stoddard B.L. and Wood D.W. (eds). Homing Endonucleases and Inteins. Springer-Verlag, pp. 103-16.

20. Carlson K. and Miller, E.S. (1994). Experiments in T4 genetics. In Karam, J.D. (ed.), Molecular biology of bacteriophage T4. ASM Press, Washington DC, pp. 427-34.

21. Carroll, D. (2004) Using nucleases to stimulate homologous recombination. Methods Mol. Biol., 262,195-207.

22. Chandrasegaran S. and Smith, J. (1999) Chimeric restriction enzymes: what is next? Biol. Chem., 380, 841-8.

23. Chevalier B.S., Kortemme T., Chadsey M.S., Baker D., Monnat R.J. and Stoddard B.L. (2002) Design, activity, and structure of a highly specific artificial endonuclease. Mol Cell, 10, 895-905.

24. Chevalier, B;, Turmel, M., Lemieux, C., Monnat R.J.Jr. and Stoddard, B.L. (2003) . Flexible DNA target site recognition, by divergent homing endonuclease isoschizomers

25. Crel and I-Msol. J. Mol; Biol:, 329, 253-9.

26. Chevalier, B.S. and Stoddard, B.L. (2001b) Homing endonucleases: structural and functional insight into the catalysts of intron/intein mobility. Nucleic Acids Res.,. 29, 3757-74.

27. Christ, F., Schoettler, S., Wende, W., Steuer, S., Pingoud, A. and-Pingoud, V. (1999) The monomelic homing endonuclease PI-SceI has two catalytic centres for cleavage of the two strands of its DNA substrate. EMBO J., 18, 6908-16. v ;

28. Chu, F.K., Maley, F., Wang, A.M., Pedersen-Lane, J. and Maley, G. (1991) Purification and substrate specificity of a T4 phage intron-encoded endonuclease. Nucleic Acids Research, 19, 6863-9.

29. Cowie, D.B., Avery, R.J. and Champe, S.P. (1971) DNA homology among the T-even bacteriophages. Virology, 45, 30-7.

30. Dalgaard, J.Z., Banerjee, M. and Curcio, M.J. (1996) A novel Tyl-mediated fragmentation method for native and artificial yeast chromosomes reveals that the mouse steel gene is a hotspot for Tyl integration. Genetics, 143, 673-83.

31. Dean, A.B.,'Stanger, M.J., Dänsereau, J.T., Van Roey, P., Derbyshire, V and Beifort, M. (2002) Zinc finger as distance determinant in the flexible linker of intron endonuclease I-TevI: Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 99, 8554-61.

32. Delbrück, M. (1945) Interference between bacterial viruses, III. The mutual exclusion effect and the depressor effect. J. Bacteriol, 50,151-170.

33. Demerec, M. and Fano, U. (1945) Bacteriophages resistant mutants in E. coli. Genetics, 30, 119.

34. Derbyshire, V., Kowalski, J.C., Dansereau, J.T., Hauer, C.R. and Belfort, M. (1997) Two-domain structure of the td intron-encoded endonuclease I-TevI correlates with the two-domain configuration of the homing site. J. Mol. Biol., 265, 494-506.

35. Desplats, C. and Krisch, H.M. (2003) The diversity and evolution of the T4-type bacteriophages. Res. Microbiol., 154, 259-67.

36. Desplats, C., Dez, C., Tetart, F., Eleaume, H. and Krisch, H.M. (2002) Snapshot of the pseuso T-even phage RB49. J. Bacterid., 184, 2789-804.

37. Dobzhansky, T. (1951) Genetics and the Origin of Species. Third edition. Columbia Univ. Press, New York.

38. Donoho, G., Jasin, M. and Berg, P. (1998) Analysis of gene targeting and intrachromosomal homologous recombination stimulated by genomic double-strand breaks in mouse embryonic stem cells. Mol Cell Biol. 1998 Jul;18(7):4070-8.

39. Drouin, M., Lucas, P., Otis, C., Lemieux, C. and Turmel, M. (2000) Biochemical characterization of I-Cmoel reveals that this H-N-H homing endonuclease shares functional similarities with H-N-H colicins. Nucleic Acids Res., 28,4566-72.

40. Dujon, B. (1980) Sequence of the intron and flanking exons of the mitochondrial 21S rRNA gene of yeast strains having different alleles at the omega and rib-1 loci. Cell, 20, 185-97.

41. Eddy, S.R. and Gold, L. (1991) The phage T4 nrdB intron: a deletion mutant of a version found in the wild. Genes & Develop., 5, 1032-1041.

42. Edgell, D.R. and Shub, D.A. (2001) Related homing endonucleases I-Bmol and I-TevI use different strategies to cleave homologous recognition sites. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 7898-903.

43. Edgell, D.R., Belfort, M. and Shub, D.A. (2000) Barriers to intron promiscuity in bacteria. J. Bacteriol., 182, 5281-9.

44. Edgell, D.R,, Stanger, M.J. and Belfort, M. (2003) Importance of a single base pair for discrimination between intron-containing and intronless alleles by endonuclease I-Bmol. Curr. Biol., 13, 973-8.

45. Edgell, D.R., Stanger, M.J. and Belfort, M. (2004) Coincidence of cleavage sites of intron endonuclease I-TevI and critical sequences of the host thymidylate synthase gene. J. Mol. Biol., 343,1231-41.

46. El Hassan, M.A. and Calladine, C.R. (1996) Propeller-twisting of base-pairs and the conformational mobility of dinucleotide steps in DNA. J. Mol. Biol., 259, 95-103.

47. Favre, D. and Viret, J.F. (1996) Versatile cosmid vectors for facilitated analysis and subcloning of the insert. Gene, 178, 43-9.

48. Flick, K.E., Jurica, M.S., Monnat, R.J.Jr. and Stoddard, B.L. (1998) DNA binding and cleavage by the nuclear intron-encoded homing endonuclease I-Ppol. Nature, 394, 96101.

49. Formosa, T., and B. M. Alberts, (1986a) Purification and characterization of the T4 bacteriophage uvsX protein. J. Biol. Chem., 261, 6107-18.

50. Formosa, T., and B. M. Alberts, (1986b) DNA synthesis dependent on genetic recombination: characterization of a reaction catalyzed by purified T4 proteins. Cell, 47, 793-806.

51. Galburt, E.A., Chevalier, B., Tang, W., Jurica, M.S., Flick, K.E., Monnat, R.J.Jr. and Stoddard, B.L. (1999) A novel endonuclease mechanism directly visualized for I-Ppol. Nat. Struct. Biol., 6, 1096-9.

52. Galburt E.A. and Jurica M.S. (2005) In: Belfort M., Derbyshire V., Stoddard B.L. and Wood D.W. (eds). Homing Endonucleases and Inteins. Springer-Verlag, 86-102.

53. Gary, T.P., Colowick, N.E. and Mosig, G. (1998) A species barrier between bacteriophages T2 and T4: exclusion, join-copy and join-cut-copy recombination and mutagenesis in the dCTPase genes. Genetics, 148, 1461-73.

54. George, J.W. and Kreuzer, K.N. (1996) Repair of double-strand breaks in bacteriophage T4 by a mechanism that involves extensive DNA replication. Genetics, 143, 1507-20.

55. Gimble, F.S. and Wang, J. (1996) Substrate recognition and induced DNA distortion by the Pl-Scel endonuclease, an enzyme generated by protein splicing. J. Mol. Biol., 263, 163-80.

56. Goodrich-Blair, H. and Shub, D.A. (1996) Beyond homing: competition between intron endonucleases confers a selective advantage on flanking genetic markers. Cell, 84, 21121.

57. Gorbalenya A.E. (1994) Self-splicing group I and group II introns encode homologous (putative) DNA endonucleases of a new family. Protein Sci., 3, 1117-20.

58. Gott, J.M., Zeeh, A., Bell-Pedersen, D., Ehrenman, K., Belfort, M. and Shub, D.A. (1988) Genes within genes: independent expression of phage T4 intron open reading frames and the genes in which they reside. Genes Dev., 2, 1791-9.

59. Griffith, J., and Formosa T. (1985) The uvsX protein of bacteriophage T4 arranges single-strand and double-strand DNA into T4 DNA polymerase and T4 accessory proteins 44/62 and 45. J. Biol. Chem., 260,4484-91.

60. Haber, J.H. (1992) Mating-type gene switching in Saccharomyces cerevisiae. Trends Genet, 8, 446-52.

61. Harris, L.D., and Griffith, J. (1987) Visualization of the homologous pairing of DNA catalyzed by the bacteriophage T4 UvsX protein. J. Biol. Chem., 262, 9285-92-1'

62. Hastings, P.J. (1992) Mechanism and control of recombination in fungi. Mutat. Res., 284, 97-110.

63. He, Z., Crist, M., Yen, H„ Duan, X., Quiocho, F.A. and Gimble, F.S. (1998) Amino acid residues in both the protein splicing and endonuclease domains of the Pl-Scel intein mediate DNA binding. J. Biol. Chem., 273, 4607-15. <

64. Heath J.D., Perkins J.D., Sharma B, and Weinstock G.M. (1992) NotI genomic cleavage map of Escherichia coli K-12 MG1655. J. Bacterid., 174, 558-67.

65. Heath, P.J., Stephens, K.M., Monnat, R.J.Jr. and Stoddard, B.L. (1997) The structure of I-Crel, a group I intron-encoded homing endonuclease. Nat. Struct. Biol., 4, 468-76.

66. Hinton, D. M. and Nossal, N.G. (1986) Cloning of bacteriophage T4 uvsX gene and purification and characterization of the T4 UvsX recombination protein. J. Biol. Chem., 261, 5663-73.

67. Huang Y.J., Parker M.M. and Belfort M. (1999) Role of exonucleolytic degradation in group I intron homing in phage T4. Genetics, 153, 1501-12.

68. Hunter, C.A. (1993) Sequence-dependent DNA structure. The role of base stacking interactions. J Mol Biol., 230,1025-54.

69. Hunter, C.A. (1996) Sequence-dependent DNA structure. Bioessays., 18, 157-62.

70. Jasin, M. (1996) Genetic manipulation of genomes with rare-cutting endonucleases. Trends Genet., 12, 224-8.

71. Johansen, S., Embley, T.M. and Willassen, N.P. (1993) A family of nuclear homing endonucleases. Nucleic Acids Res. 21, 4405.

72. Johnson, R.D. and Jasin, M. (2001) Double-strand-break-induced homologous recombination in mammalian cells. Biochem. Soc. Trans., 29, 196-201.

73. Jurica M.S., Monnat J.R., R. J. and Stoddard B.L. (1998). DNA recognition and cleavage by the LAGLIDADG homing endonuclease. I-Crel. Molecular Cell, 2, 469-76.

74. Kadyrov, F.A., Kaliman, A.V. and Kryukov V.M. (1996a) Endonuclease SegE of phage T4. I. Cloning, expression and biochemical characterisation of endonuclease activity. Molecular Biology, 30, 654-660.

75. Kadyrov, F.A., Kaliman, A.V. and Kryukov, V.M. (1996b) Endonuclease SegE of phage T4.II. Recognition site. Molecular Biology, 30, 786-791.

76. Kadyrov, F.A., Shlyapnikov, M.G. and Kryukov, V.M. (1997) A phage T4 site-specific endonuclease, SegE, is resposible for a non-reciprocal genetic exchange between T-even-related phages. FEBS Letters, 415, 75-80.

77. Karles-Kinch, K., George, J.W. and Kreuzer, K.N. (1997) Bacteriophage T4 UvsW protein is a helicase involved in recombination, repair and regulation of DNA replication origins. EMBO J., 16, 4142-51.

78. Kim, J.S. and Davidson, N. (1974) Electron microscope heteroduplex study of sequence relations of T2, T4, and T6 bacteriophage DNAs. Virology, 57, 93-111.

79. Kostriken, R., Strathern, J.N., Klar, A.J., Hicks, J.B. and Heffron, F. (1983) A site-specific endonuclease essential for mating-type switching in Saccharomyces cerevisiae. Cell, 35, 167-74.

80. Kreuzer, K.N. (2000) Recombination-dependent DNA replication in phage T4. Trends in Biochemical Sciences, 25, 165-73.

81. Kuhlmann U.C., Moore G.R., James R., Kleanthous C. and Hemmings A.M. (1999) Structural parsimony in endonuclease active sites: should the number of homing endonuclease families be redefined? FEBS Lett., 463, 1-2.

82. Laemmli, U.K. (1970) Cleavage of structure proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-5.

83. Lambowitz, A.M. and Belfort, M. (1993) Introns as mobile genetic elements. Annu. Rev. Biochem., 62, 587-622.

84. Lehman, I.R. and Pratt, E.A. (1960) On the structure of the glucosylated hydroxymethylcytosine nucleotides of coliphages T2, T4, and T6. J. Biol. Chem., 235, 3254-9.

85. Lennox, E.C., Levinthal C. and Smith F. (1953) The effect of finite input in reducing recombinant frequency. Genetics, 38, 508-11.

86. Leslie, A.G., Arnott, S., Chandrasekaran, R. and Ratliff, R.L. (1980) Polymorphism of DNA double helices. J. Mol. Biol., 143,49-72.

87. Liang, F., Han, M., Romanienko, P.J. and Jasin, M. (1998) Homology-directed repair is a major double-strand break repair pathway in mammalian cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 5172-7.

88. Liang, F., Romanienko, P.J., Weaver, D.T., Jeggo, P.A. and Jasin, M. (1996) Chromosomal double-strand break repair in Ku80-deficient cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 8929-33.

89. Lin, Y., Lukacsovich, T. and Waldman, A.S. (1999) Multiple pathways for repair of DNA double-strand breaks in mammalian chromosomes. Mol. Cell Biol., 19, 8353-60.

90. Liu, Q., Belle, A., Shub, D.A., Belfort, M. and Edgell, D.R. (2003) SegG endonuclease promotes marker exclusion and mediates co-conversion from a distant cleavage site. J. Mol. Biol., 334, 13-23.

91. Liu, S.L. and Sanderson, K.E. (1996) Highly plastic chromosomal organization in Salmonella typhi. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93,10303-8.

92. Loizos, N., Silva, G.H. and Belfort, M. (1996) Intron-encoded endonuclease I-TevII binds across the minor groove and induces two distinct conformational changes in its DNA substrate. J. Mol. Biol., 255,412-24.

93. Luke, K., Radek, A., Liu, X., Campbell, J., Uzan, M., Haselkorn, R. and Kogan, Y. (2002) Microarray analysis of gene expression during bacteriophage T4 infection. Virology, 299,182-91.

94. Mahillon, J., Rode, C.K., Leonard, C. and Bloch, C.A. (1997) New ultrarare restriction site-carrying transposons for bacterial genomics. Gene, 187, 273-9.

95. Malkova, A., Ivanov, E.L. and Haber, J.E. (1996) Double-strand break repair in the absence of RAD51 in yeast: a possible role for break-induced DNA replication. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 7131-6.

96. McGill, C., Shafer, B. and Strathern, J. (1989) Coconversion of flanking sequences with homothallic switching. Cell, 57, 459-67.

97. Mehta P. Katta K. and Krishnaswamy S. (2004) HNH family subclassification leads to identification of commonality in the His-Me endonuclease superfamily. Protein Sci., 13, 295-300.

98. Michel F. and Dujon B. (1986) Genetic exchanges between bacteriophage T4 and filamentous fungi? Cell, 46, 323.

99. Miller E.S., Kutter E., Mosig G., Arisaka F., Kunisawa T. and Ruger W. (2003) Bacteriophage T4 genome. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 67, 86-156.

100. Mizuuchi, K., Kemper, B., Hays, J. and Weisberg, R.A. (1982) T4 endonuclease VII cleaves Holliday structures. Cell, 29, 357-65.

101. Moore, J.K. and Haber, J.E. (1996) Capture of retrotransposon DNA at the sites of chromosomal double-strand breaks. Nature, 383, 644-6.

102. Mosig, G. (1994) Homologous recombination. Molecular biology of bacteriophage T4 (ed. J.Karam). ASM Press. Washington. DC., p. 54-82.

103. Mosig, G. (1998) Recombination and recombination -dependent DNA replication in bacteriophage T4. Annu. Rev. Genet., 32, 379-413

104. Mosig, G., Gewin, J., Luder, A., Colowick, N. and Vo, D. (2001) Two recombination-dependent DNA replication pathways of bacteriophage T4, and their roles in mutagenesis and horizontal gene transfer. Proc Natl Acad Sci U S A., 98, 8306-11.

105. Moure, C.M., Gimble, F.S. and Quiocho, F.A. (2002) Crystal structure of the intein homing endonuclease Pl-Scel bound to its recognition sequence. Nat. Struct. Biol., 9,764-70.

106. Moure, C.M., Gimble, F.S. and Quiocho, F.A. (2003) The crystal structure of the gene targeting homing endonuclease I-Scel reveals the origins of its target site specificity. J. Mol. Biol., 334, 685-95.

107. Mueller, J.E., Clyman, J., Huang, Y.J., Parker, M.M. and Belfort, M. (1996a) Intron mobility in phage T4 occurs in the context of recombination-dependent DNA replication by way of multiple pathways. Genes Dev., 10,351-64.

108. Mueller J.E., Smith D. and Belfort M. (1996b) Exon coconversion biases accompanying intron homing: battle of the nucleases. Genes Dev., 10, 2158-66.

109. Mueller, J.E., Smith, D., Bryk, M. and Belfort, M. (1995) Intron-encoded endonuclease I-TevI binds as a monomer to effect sequential cleavage via conformational changes in the td homing site. EMBO J., 14, 5724-35

110. Nelson, H.C., Finch, J.T., Luisi, B.F. and Klug, A. (1987) The structure of an oligo(dA)oligo(dT) tract and its biological implications. Nature, 330, 221-6.

111. Nelson, H.H., Sweetser, D.B. and Nickoloff, J.A. (1996) Effects of terminal nonhomology and homology on double-strand-break-induced gene conversion tract directionality. Mol. Cell Biol., 16, 2951-7.

112. Orr-Weaver, T.L., Szostak, J.W. and Rothstein, R.J. (1981) Yeast transformation: a model system for the study of recombination. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 78, 6354-8.

113. Orr-Weaver, T.L., Szostak, J.W. and Rothstein, R.J. (1983) Genetic applications of yeast transformation with linear and gapped plasmids. Methods Enzymol., 101, 22845.

114. Paques, F. and Duchateau, P. (2007) Meganucleases and DNA double-strand break-induced recombination: perspectives for gene therapy. Curr. Gene Ther., 7, 49-66.

115. Paques, F., Haber, J.E. (1999) Multiple pathways of recombination induced by double-strand breaks in Saccharomyces cerevisiae. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 63, 349404.

116. Parker, M.M., Belisle, M. and Belfort, M. (1999) Intron homing with limited exon homology. Illegitimate double-strand-break repair in intron acquisition by phage T4. Genetics, 153,1513-23.

117. Pees E. (1970) Bacteriophage T4 mutants unable to exclude gene 56 of T2 from the progeny of crosses. Mutation Res., 9, 346-8.

118. Pees E. and de Groot B. (1970) Partial exclusion of genes of bacteriophage T2 with T4-glucosylated DNA in crosses with bacteriophage T4. Genetica, 41, 541-50.

119. Pees E. and de Groot B. (1975) Mutants of bacteriophage T4 unable to exclude T2 from the progeny of crosses. Virology, 67, 94-106.

120. Perlman P.S. and Butow R.(1989) Mobile introns and intron-encoded proteins. Science, 246,1106-9.

121. Porteus, M.H. and Baltimore, D. (2003) Chimeric nucleases stimulate gene targeting in human cells. Science, 300, 763.

122. Posfai, G., Kolisnychenko, V., Bereczki, Z. and Blattner, F.R. (1999) Markerless gene replacement in Escherichia coli stimulated by a double-strand break in the chromosome. Nucleic Acids Res., 27, 4409-15.

123. Puchta, H., Dujon, B. and Hohn, B. (1996) Two different but related mechanisms are used in plants for the repair of genomic double-strand breaks by homologous recombination. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 5055-60.

124. Pyatkov K.I., Arkhipova I.R., Malkova N.V., Finnegan D.J. and Evgen'ev M.B. (2004) Reverse transcriptase and endonuclease activities encoded by Penelope-like retroelements. Proc. Natl. Acad. Sci., 101, 14719-24.

125. Quirk, S.M., Bell-Pedersen, D. and Belfort, M. (1989) Intron mobility in the T-even phages: high frequency inheritance of group I introns promoted by intron open reading frames. Cell, 56,455-65.

126. Resnick, M.A. (1976) The repair of double-strand breaks in DNA; a model involving recombination. J Theor Biol., 59, 97-106.

127. Robbins, J.B., Stapleton, M., Stanger, M.J., Smith, D., Dansereau, J.T., Derbyshire, V. and Belfort, M. (2007) Homing endonuclease I-TevIII: dimerization as a means to a double-strand break. Nucleic Acids Res. 35, 1589-600.

128. Rouet, P., Smih, F. and Jasin, M. (1994a) Expression of a site-specific endonuclease stimulates homologous recombination in mammalian cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91, 6064-8.

129. Rouet, P., Smih, F. and Jasin, M. (1994b) Introduction of double-strand breaks into the genome of mouse cells by expression of a rare-cutting endonuclease. Mol. Cell Biol., 14, 8096-106.

130. Russell, R.L. and Huskey, R.J. (1974) Partial exclusion between T-even bacteriophages: an incipient genetic isolation mechanism. Genetics, 78, 989-1014.

131. Russell, R.L. (1974) Comparative genetics of the T-even bacteriophages. Genetics, 78,967-88.

132. Salinas, F., and Kodadek, T. (1995) Phage T4 homologous strand exchange: a DNA helicase, not the strand transferase, drives polar branch migration. Cell, 82, 111-9.

133. Sambrook, J., Fritch, E.F. and Maniatis, T. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Ed.2. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.

134. Sandegren, L. and Sjoberg, B.M. (2004) Distribution, sequence homology, and homing of group I introns among T-even-like bacteriophages: evidence for recent transfer of old introns. J. Biol. Chem., 279, 22218-27.

135. Segal, D.J. and Carroll, D. (1995) Endonuclease-induced, targeted homologous extrachromosomal recombination in Xenopus oocytes. Proc Natl Acad Sci USA, 92, 80610. Erratum in: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 3632.

136. Sharma, M. and Hinton, D.M. (1994) Purification and characterization of the SegA protein of bacteriophage T4, an endonuclease related to proteins encoded by group I introns. J. Bacteriol., 176, 6439-48.

137. Sharma, M., Ellis, R.L. and Hinton D.M. (1992) Identification of a family of bacteriophage T4 genes encoding proteins similar to those present in group I introns of fungi and phages. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89, 6658-62.

138. Shcherbakov, V.P., Plugina, L.A. and Grebenshchikova, S.M. (1994) Recombination anomaly at the interface between bacteriophage T4 rllA and rllB genes Dok. Akad. Nauk., 334, 669-70.

139. Shcherbakov, V.P., Plugina, L.A. and Nesheva, M.A. (1992) Genetic Recombination in Bacteriophage T4: Single-Burst Analysis of Cosegregants and Evidence! n Favor of a Splice/Patch Coupling Model. Genetics, 131, 769-71.

140. Shen, B.W., Landthaler, M., Shub, D.A. and Stoddard, B.L. (2004) DNA binding and cleavage by the HNH homing endonuclease l-Hmul. J. Mol. Biol., 342, 43-56.

141. Shinohara, A. and T. Ogawa. (1995) Homologous recombination and the roles of double-strand breaks. Trends Biochem. Sci., 20, 387-91.

142. Shub, D.A., Goodrich-Blair, H. and Eddy, S.R. (1994). Amino acid sequence motif of group I intron endonucleases is conserved in open reading frames of group II introns. Trends Biochem Sci., 19, 402-4.

143. Shinedling, S., Singer, B.C., Gayle, M., Pribnow, D., Jarvis, E. et al. (1987) Sequences and studies of bacteriophage T4 r//mutants. J. Mol. Biol., 195,471-80.

144. Singer, B.S., Gold, L., Gauss, P. and Doherty, D.H. (1982) Determination of the amount of homology required for recombination in bacteriophage T4. Cell, 31,25-33.

145. Smih, F., Rouet, P., Romanienko, P.J. and Jasin, M. (1995) Double-strand breaks at the target locus stimulate gene targeting in embryonic stem cells. Nucleic Acids Res., 23, 5012-9.

146. Snustad, D.P., Haas, N. and Oppenheimer, D.G. (1986) The bacteriophage regulatory protein gp alc/unf binds to DNA in the absense of RNA-polymerase. J. Virol., 60,1145-7.

147. Spiegel P.C., Chevalier B., Sussman D., Turmel M., Lemieux C. and Stoddard B.L. (2006) The structure of I-Ceul homing endonuclease: Evolving asymmetric DNA recognition from a symmetric protein scaffold. Structure, 14, 869-80.

148. Stahl, F.W. (1979) Special sites in generalized recombination. Ann. Rev. Genet., 13, 7-24.

149. Stoddard, B.L. (2005) Homing endonuclease structure and function. Q. Rev. Biophys., 38,49-95.

150. Stohr, B.A. and Kreuzer, K.N. (2002) Coordination of DNA ends during double-strand-break repair in bacteriophage T4. Genetics, 162, 1019-30.

151. Streisinger, G., Edgar, R.S. and Denhardt, G.H. (1964) Chromosome structure in phage T4.1. Circularity of the linkage map. Proc. Natl. Sci. USA, 51, 775-9.

152. Streisinger, G., Emrich, J. and Stahl, M.M. (1967) Chromosome structure in phage T4. III. Terminal redundancy and length determination. Proc. Natl. Sci. USA, 57, 292-5.

153. Streisinger G. and Weigle J. (1956) Properties of bacteriophage T2 and T4 with unusual inheritance. PNAS, 1956, 42, 504-10.

154. Studier, F.W. and Moffatt, B.A. (1986) Use of bacteriophage T7 RNA polymerase to direct selective high-level expression of cloned genes. J. Mol. Biol., 189, 113-30.

155. Szostac, J.W., Orr-Weaver, T.L., Rothstein, R.J. and Stahl, F.W. (1983) The double strand-break repair model for recombination. Cell, 33,25-35.

156. Teng, S.C., Kim, B. and Gabriel, A. (1996) Retrotransposon reverse-transcriptase-mediated repair of chromosomal breaks. Nature, 383, 641-4.

157. Tetart, F., Desplats, C., Kutateladze ,M., Monod, C., Ackermann, H.W. and Krisch, H.M. (2001) Phylogeny of the major head and tail genes of the wide-ranging T4-type bacteriophages. J Bacteriol., 2001, 183, 358-66.

158. Thaler, D.S., Stahl, M.M. and Stahl, F.W. (1987) Tests of double-strand-break repair model for red-mediated recombination of phage A, and plasmid Xdv. Genetics, 116, 501-15.

159. Toda, T. and Itaya, M. (1995) I-Ceul recognition sites in the rrn operons of the Bacillus subtilis 168 chromosome: inherent landmarks for genome analysis. Microbiology, 141, 1937-45.

160. Toompuu O.G. and Shcherbakov V.P. (1980) Genetic recombination: formal implications of a crossed strand-exchange between two homologous DNA molecules. J. Theor. Biol., 82, 497-520.

161. Turmel, M., Otis, C., Côté, V. and Lemieux, C. (1997) Evolutionarily conserved and functionally important residues in the I-Ceul homing endonuclease. Nucleic Acids Res., 25, 2610-9.

162. Van Roey, P., Meehan, L., Kowalski, J.C., Belfort, M. and Derbyshire, V. (2002) Catalytic domain structure and hypothesis for function of GIY-YIG intron endonuclease I-Tevl. Nat. Struct. Biol., 9, 806-11.

163. Van Roey, P., Waddling, C.A., Fox, K.M., Belfort, M. and Derbyshire, V. (2001) Intertwined structure of the DNA-binding domain of intron endonuclease I-Tevl with its substrate. EMBO J., 20, 3631-7.

164. Vetter, D. and Sadowski, P.D. (1974) Point mutants in the D2a region of bacteriophage T4 tail to induce T4 endonuclease IV. J. Virol., 14, 207-13.

165. Vieira J. and Messing J. (1982) The pUC plasmids, an M13mp7-derived system for insertion mutagenesis and sequencing with synthetic universal primers. Gene, 19, 259-68.

166. Wang, J., Kim, H.-H., Yuan, X. and Herrin, D.L. (1997). Purification, biochemical characterization and protein-DNA interactions of the I-Crel endonuclease produced in Escherichia coli. Nucleic Acids Research, 25, 3767-76.

167. Warner, H.R. (1971) Partial suppression of bacteriophage T4 ligase mutations by T4 endonuclease II deficiency: role of host DNA ligase. J. Virol., 7,534-6.

168. Warren, R.A.J. (1980) Modified bases in bacteriophages DNAs. Ann. Rev. Microbiol., 34, 137-58.

169. Wende, W., Grindl, W., Christ, F., Pingoud, A. and Pingoud, V. (1996) Binding, bending and cleavage of DNA substrates by the homing endonuclease Pl-Scel. Nucleic Acids Res., 24,4123-32.

170. Wyatt, G.R. and Cohen, S.S. (1952) A new pyrimidine base from bacteriophage nucleic acids. Nature, 170, 1072-3.

171. Yonesaki, Т., and Minogawa T. (1985) T4 phage gene uvsX product catalyzes homologous DNA pairing. EMBO J., 4, 3321-7.

172. Yonesaki, Т., and Minogawa T. (1989) Synergistic action of three recombination gene products of bacteriophage T4, UvsX, UvsY, and gene 32 proteins. J. Biol. Chem., 264, 7814-20.

173. Yonesaki, Т., Rio, Y., Minogawa, T. and Takashi, H. (1985) Purification and some of the functions of the products of the bacteriophage T4 recombination genes uvsX and uvsY. Eur. J. Biochem., 148, 127-34.

174. Zinn, A.R. and Butow, R.A. (1985) Nonreciprocal exchange between alleles of the yeast mitochondrial 21S rRNA gene: kinetics and the involvement of a double-strand break. Cell, 40, 887-95.

175. Акуленко H.B., Ивашина T.B., Шалойко Л.А., Шляпников М.Г., Ксензенко, В.Н. (2004) Новые сайт-специфические эндонуклеазы F-Tfll, F-TflII и F-TflIV, кодируемые бактериофагом Т5. Молек. Биол., 38, 632-41.

176. Зайцев Е.Н., Зайцева Е.М., Бакланова И.В., Горелов В.Н., Кузьмин Н.П., Крюков В.М., Ланцов В.А. (1986) Клонирование и секвенирование гена гесА из штамма Pseudomonas aeruginosa. Генетика, 22, 2721-27.1. БЛАГОДАРНОСТИ

177. Выражаю глубокую признательность моему руководителю Щербакову В. П. за плодотворное сотрудничество и поддержку. Особую благодарность выражаю Кадырову