Replicación de plásmidos en Escherichia coli recBC sbcBC

Este trabajo estudia la replicación de plásmidos en Escherichia coli recBC sbcB sbcCD, un contexto Rec+, en el cual se amplifican procesos de recombinación que involucran intermediarios conteniendo extremos doble cadena (en función de la deficiencia en RecBCD). En este contexto genético, plásmidos con diversos origenes de replicación acumulan multimeros lineales de muy alto peso molecular denominados HMW Se re-evaluó el proceso de generación de multimeros HMW en el contexto recBC sbcBC, a la luz de los nuevos conceptos vigentes acerca de la interrelación replicación / recombinación. Durante la primer etapa del trabajo, se utilizó el sistema de recombinación especifico-de-sitio del transposón γδ para poner a punto un sistema de complementación regulable, que permitiera generar células conteniendo un mínimo porcentaje de multimeros, para analizar luego la síntesis de HMW a lo largo de la curva de crecimiento. Utilizando este sistema, se demostró que las células recBC sbcBCD pueden sintetizar multimeros del plásmido descontroladamente, durante las primeras horas de la fase estacionaria. La capacidad de replicar descontroladamente el plásmido durante la fase estacionaria está determinada por las condiciones de cultivo y depende en parte de la respuesta de fase estacionaria, gobernada por el regulador de la respuesta general al estrés σˢ. Una vez establecida la cinética de acumulación de HMW, se realizó un análisis genético para individualizar las funciones celulares involucradas en la síntesis de estos multímeros. Se analizó la incidencia de anular funciones de recombinación (RecA, RecF, RecR, LexA) y funciones involucradas en el re-inicio de la replicación sobre una horquilla restaurada (PriA, PriC, Rep), sobre la capacidad de las células de sintetizar HMW. La comprobación de que PriA resulta indispensable para la generación de HMW en un contexto RecBC- SbcBC-, constituye una evidencia de que la generación de HMW involucra el colapso de intermediarios normales de replicación del plásmido y el reinicio de la replicación por un mecanismo alternativo. En base a los resultados reportados, se proponen dos modelos para explicar el mecanismo de generación de HMW, que involucran el colapso de un intermediario de replicación y el restablecimiento de la replicación por un mecanismo de invasión/replicación entre multimeros lineales (similar al que utiliza T4 en su etapa tardía de replicación) o por un mecanismo de tipo círculo rodante (equivalente al utilizado por el fago ʎ para generar concatémeros).This work studies plasmid replication in Escherichia coli recBC sbcBC, a Rec+ background, in which recombination processes involving linear DNA (or DNA molecules containing a double strand end) are amplified, given the deficiency in RecBCD characteristic of this genetic context. In recBC sbcBC cells, plasmids with diverse replication origins, were reported to accumulate high molecular weight linear multimers (HMW). During the course of this work we have re-evaluated the phenomenon of HMW synthesis, in terms of the current understanding of the link between replication, recombination and repair. Acomplementation system was designed, based on the site-specific recombination system from transposon γδ, which permitted the reduction of the percentage of HMW in the culture to a minimum, in order to analyze the kinetics of HMW accumulation along the growth curve. This system allowed us to demonstrate that recBC sbcBC cells can synthesize plasmid multimers in an unregulated manner, during the first hours of stationary phase. The ability of non-growing cells to replicate the plasmid in an uncontrolled manner during stationary phase is determined by growth conditions and depends in part on the stationary phase response, which is regulated by σˢ (the regulator of the general stress response). A genetic analysis was performed in order to characterize the cellular functions involved in HMW synthesis. We analyzed the effect of inactivating recombination functions (RecA, RecF, RecR, LexA) or genes involved in re-initiating replication upon replication fork repair (PriA, PriC, Rep), on the ability of the cells to synthesize HMW. PriA proved to be essential for HMW synthesis in a RecBC- SbcBC- strain, providing strong evidence for a model for HMW synthesis involving replication fork collapse and re-initiation of plasmid replication through an alternative mechanism. We postulate two models to explain the alternative mechanisms to initiate the synthesis of HMW in a recBC sbcBC context.Fil:Bellani, Marina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina