In a previous article, I discussed the topic of recurring design logic, with a particular emphasis on two-component regulatory systems in bacteria. As I argued there, recurring design logic is a strong prediction on the hypothesis of design but is otherwise a surprising observation. Here, I will discuss another example of recurring design logic: transcriptional regulatory hierarchies in bacteria.
A transcriptional hierarchy is a regulatory system in which genes are expressed in a specific ordered sequence, ensuring that the appropriate genes are activated at the right time and in the proper order. Transcriptional hierarchies are quite common in prokaryotes, as well as eukaryotes. In this article and subsequent ones, I will focus on examples from bacteria, where genes are organized into operons (defined as a collection of genes that are under the control of a common promoter and are transcribed together). In addition to exhibiting recurring design logic, these transcriptional hierarchies present a significant challenge to evolution, since the specific order of genes along the bacterial chromosome (and their organization into different operons) is crucial to their function.
In this first installment, I will discuss the transcriptional hierarchy that is crucial to the assembly of bacterial flagella.
Flagellar Assembly
The flagellar system in Salmonella has three classes of promoters (promoters are akin to a kind of molecular toggle switch which can initiate gene expression when recognized by RNA polymerase and an associated specialized protein called a “sigma factor”). These three classes of promoters are dubbed “Class I,” “Class II,” and “Class III.”1 This sequential transcription is coupled to the process of flagellar assembly. Class I contains only two genes in one operon (called FlhD and FlhC). Class II consists of 35 genes across eight operons (including genes involved in the assembly of the hook-basal-body and other components of the flagellum, as well as the export apparatus and two regulatory genes called “FliA” and “FlgM”). Those genes which are involved in the synthesis of the filament are controlled by the Class III promoters.
The Class I promoter drives the expression of a master regulator (particular to the Enterobacteriaceae of which Salmonella is a member) called “FldH4C2.” This enteric master regulator then turns on the Class II promoters in association with a sigma factor, σ70 (recall that a sigma factor is a type of protein that enables specific binding of RNA polymerase to gene promoters). The Class II promoters are then responsible for the gene expression of the hook-basal-body subunits and its regulators, including another sigma factor called σ28(which is encoded by a gene called FliA) and its anti-sigma factor, FlgM (anti-sigma factors, as their name suggests, bind to sigma factors to inhibit their transcriptional activity). The sigma factor σ28 is required to activate the Class III promoters, and, indeed, knocking out fliA (which codes for this sigma factor) in Rhodobacter sphaeroides, which employs σ28 and FlgM in a similar manner to Salmonella, disrupts the expression of class III flagellar genes, impairing flagellar assembly and resulting in non-motile cells.2,3
A Potential Problem
At this juncture, we potentially run into a problem. It makes absolutely no sense to start expressing the flagellin monomers before completion of the hook-basal-body construction. Thus, in order to inhibit the σ28, the anti-sigma factor (FlgM) alluded to above inhibits its activity and prohibits it from interacting with the RNA polymerase holoenzyme complex. When construction of the hook-basal-body is completed, the anti-sigma factor FlgM is secreted through the flagellar structures which are produced by the expression of the Class II hook-basal-body genes. The Class III promoters (which are responsible for the expression of flagellin monomers, the chemotaxis system and the motorforce generators) are then finally activated by σ28 and the flagellum can be completed. A mutant defective in flgM results in “initiation of class 2 and class 3 genes at the same time, eliminating the delay that was observed for class 3 gene in wild type,” leading to defects in flagellar structure.4
What triggers the removal of FlgM from the cell? The flagellar export system has two substrate-specificity states: rod-hook-type substrates and filament-type substrates.5,6 During the process of flagellar assembly, this substrate-specificity switch has to flick from the former of those states to the latter. Proteins that form part of the hook and rod need to be exported before those which form the filament. But how does this switch in substrate-specificity take place?
A membrane-bound protein called FlhB is the key player in this process. There is also a flagellar hook-length protein which is responsible for ensuring that the hook length is of the right size (around 55nm) called FliK.7This same protein is also responsible for initiating the switch export substrate specificity. As it turns out, without FliK, both the ability to switch and export filament and the hook length control are completely lost. 8,9 FliK has two key domains, i.e., the N-terminal and C-terminal domains. During hook assembly, FliKN functions as a molecular sensor and transmitter of information on hook length. When the hook reaches the right length, the information is transmitted to FliKC and FliKCT, resulting in a conformational change, which in turn results in FliKCT binding to FlhBC. This, in turn, results in a conformational change in FlhBC, bringing about the substrate specificity switch.
The Challenge to Evolution
By an unguided process of tinkering, it seems quite implausible that the genes would be appropriately arranged along the chromosome in a manner that corresponds to the timing of their expression. Not only must the necessary genes be organized into a hierarchical transcriptional cascade to ensure proper timing and coordination of assembly, but the specific order of the genes along their respective operons is also significant. Indeed, the genes are typically arranged in a manner that corresponds to the order in which their protein products are required for flagellar construction. Such a process would require a significant amount of trial-and-error. On the other hand, on the hypothesis that flagellar assembly is a genuinely engineered system, designed by an intelligent mind, this is precisely the sort of apparatus we might expect to see.
Notes
- Das C, Mokashi C, Mande SS, Saini S. Dynamics and Control of Flagella Assembly in Salmonella typhimurium. Front Cell Infect Microbiol. 2018 Feb 8;8:36. doi: 10.3389/fcimb.2018.00036. PMID: 29473025; PMCID: PMC5809477.
- Martin AC, Gould M, Byles E, Roberts MA, Armitage JP. Two chemosensory operons of Rhodobacter sphaeroides are regulated independently by sigma 28 and sigma 54. J Bacteriol. 2006 Nov;188(22):7932-40. doi: 10.1128/JB.00964-06. Epub 2006 Sep 8. PMID: 16963577; PMCID: PMC1636300.
- Wilkinson DA, Chacko SJ, Vénien-Bryan C, Wadhams GH, Armitage JP. Regulation of flagellum number by FliA and FlgM and role in biofilm formation by Rhodobacter sphaeroides. J Bacteriol. 2011 Aug;193(15):4010-4. doi: 10.1128/JB.00349-11. Epub 2011 Jun 3. PMID: 21642454; PMCID: PMC3147513.
- Das C, Mokashi C, Mande SS, Saini S. Dynamics and Control of Flagella Assembly in Salmonella typhimurium. Front Cell Infect Microbiol. 2018 Feb 8;8:36. doi: 10.3389/fcimb.2018.00036. PMID: 29473025; PMCID: PMC5809477.
- Minamino T, Doi H, Kutsukake K. Substrate specificity switching of the flagellum-specific export apparatus during flagellar morphogenesis in Salmonella typhimurium. Biosci Biotechnol Biochem. 1999 Jul;63(7):1301-3. doi: 10.1271/bbb.63.1301. PMID: 10478459.
- Ferris HU, Minamino T. Flipping the switch: bringing order to flagellar assembly. Trends Microbiol. 2006 Dec;14(12):519-26. doi: 10.1016/j.tim.2006.10.006. Epub 2006 Oct 25. PMID: 17067800.
- Waters RC, O’Toole PW, Ryan KA. The FliK protein and flagellar hook-length control. Protein Sci. 2007 May;16(5):769-80. doi: 10.1110/ps.072785407. PMID: 17456739; PMCID: PMC2206646.
- Williams AW, Yamaguchi S, Togashi F, Aizawa SI, Kawagishi I, Macnab RM. Mutations in fliK and flhB affecting flagellar hook and filament assembly in Salmonella typhimurium. J Bacteriol. 1996 May;178(10):2960-70. doi: 10.1128/jb.178.10.2960-2970.1996. PMID: 8631688; PMCID: PMC178035.
- Muramoto K, Makishima S, Aizawa SI, Macnab RM. Effect of cellular level of FliK on flagellar hook and filament assembly in Salmonella typhimurium. J Mol Biol. 1998 Apr 10;277(4):871-82. doi: 10.1006/jmbi.1998.1659. PMID: 9545378.
ADVERTISEMENT:
Hello, para pencinta slot! Pernah mendengar semboyan “slot gaco”? Kalau belum, bersiaplah jatuh hati sama konsep ini. slot gacor merupakan mesin slot yang sering memberi win. Yup, slot-slot ini bisa disebut sebagai jagoannya tuk bawa pulang hasil. but, cemana sih caranya nemuin slot gaco yang tepat? Santuy Bro, kita beri santai aja di tempat ini
Permainan terpopuler saat sekarang hanya satu di Indonesia hanya di pasti memberikan return on Investment tertinggi
Daftar dengan di :
Informasi mengenai KING SLOT, Segera Daftar Bersama king selot terbaik dan terpercaya no satu di Indonesia. Boleh mendaftar melalui sini king slot serta memberikan hasil kembali yang paling tinggi saat sekarang ini hanyalah KING SLOT atau Raja slot paling gacor, gilak dan gaco saat sekarang di Indonesia melalui program return tinggi di kingselot serta pg king slot
slot demo gacor
slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
akun demo slot gacor
akun demo slot gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
akun slot demo gacor
akun slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
akun demo slot pragmatic
akun demo slot pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
akun slot demo pragmatic
akun slot demo pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
akun slot demo
akun slot demo permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
akun demo slot
akun demo slot permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kdwapp.com
slot demo gacor
slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
akun demo slot gacor
akun demo slot gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
akun slot demo gacor
akun slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
akun demo slot pragmatic
akun demo slot pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
akun slot demo pragmatic
akun slot demo pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
akun slot demo
akun slot demo permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
akun demo slot
akun demo slot permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jebswagstore.com
slot demo gacor
slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
akun demo slot gacor
akun demo slot gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
akun slot demo gacor
akun slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
akun demo slot pragmatic
akun demo slot pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
akun slot demo pragmatic
akun slot demo pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
akun slot demo
akun slot demo permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
akun demo slot
akun demo slot permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama demoslotgacor.pro
slot demo gacor
slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
akun demo slot gacor
akun demo slot gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
akun slot demo gacor
akun slot demo gacor permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
akun demo slot pragmatic
akun demo slot pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
akun slot demo pragmatic
akun slot demo pragmatic permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
akun slot demo
akun slot demo permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
akun demo slot
akun demo slot permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
situs slot terbaru
situs slot terbaru permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
slot terbaru
slot terbaru permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama situsslotterbaru.net
suara88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama suara88.biz
sumo7777 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sumo7777.com
supermoney888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama supermoney888.biz
teratai88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama teratai88.biz
thor88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama thor88.biz
togelhk88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama togelhk88.net
topjitu88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama topjitu88.net
totosloto88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama totosloto88.com
trisula888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama trisula888.biz
udangbet88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama udangbet88.net
via88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama via88.biz
virusjp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama virusjp88.net
warga888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama warga888.biz
waw88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama waw88.biz
winjitu88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama winjitu88.net
wisdom88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama wisdom88.biz
wnitogel88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama wnitogel88.com
yoyo888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama yoyo888.biz
validtoto88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama validtoto88.com
sule999 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sule999.com
sule88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sule88.org
ss888bet permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama ss888bet.com
sia77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sia77.info
seluang88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama seluang88.com
satu88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama satu88.biz
satu777 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama satu777.asia
rp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama rp88.biz
rp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama rp88.asia
rp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama rp77.live
qiuqiu88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama qiuqiu88.biz
pt88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama pt88.org
pt77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama pt77.info
produk88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama produk88.asia
mt88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama mt88.org
mt77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama mt77.biz
menang66 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama menang66.biz
latobet888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama latobet888.org
kedai96 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kedai96.org
kedai188 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kedai188.biz
ids88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama ids88.biz
hp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama hp88.org
hp77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama hp77.org
gm88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama gm88.asia
gm77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama gm77.net
final888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama final888.org
duit88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama duit88.asia
duit168 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama duit168.biz
divisi88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama divisi88.org
dewi500 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama dewi500.biz
devil88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama devil88.info
cuputoto88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama cuputoto88.com
cukongbet88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama cukongbet88.asia
bom888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama bom888.biz
bintaro888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama bintaro888.info
askasino88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama askasino88.org
999aset permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama 999aset.com
afb77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama afb77.biz
aset99 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama aset99.biz
bendera77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama bendera77.biz
bendera888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama bendera888.com
coco88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama coco88.org
cuma77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama cuma77.biz
cuma88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama cuma88.org
dwv88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama dwv88.org
fafajp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama fafajp88.com
gemar88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama gemar88.biz
gocap88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama gocap88.info
gocaptoto permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama gocaptoto.asia
hakabet88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama hakabet88.com
hwtoto88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama hwtoto88.org
ina77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama ina77.biz
ina88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama ina88.info
jingga8888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama jingga8888.com
juragan777 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama juragan777.asia
kastil77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kastil77.info
kebo888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kebo888.biz
kkwin77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kkwin77.com
kokoslot88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama kokoslot88.asia
luckydf88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama luckydf88.org
microstar888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama microstar888.biz
monperatoto88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama monperatoto88.com
mpo1122 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama mpo1122.biz
mpo122 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama mpo122.biz
mpopelangi88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama mpopelangi88.com
pamanslot88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama pamanslot88.biz
panel88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama panel88.org
paragon77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama paragon77.biz
paragon888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama paragon888.info
pion77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama pion77.biz
prada88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama prada88.asia
prada888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama prada888.com
qqslot88slot permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama qqslot88slot.com
rejekibet88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama rejekibet88.com
rezekibet88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama rezekibet88.org
sensa77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sensa77.biz
sensa888 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sensa888.biz
singajp88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama singajp88.com
sr77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sr77.org
sr88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama sr88.org
surya77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama surya77.biz
surya88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama surya88.asia
tajir77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama tajir77.info
tajir88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama tajir88.biz
toto122 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama toto122.com
toto123 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama toto123.biz
uangvip88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama uangvip88.com
wajik77 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama wajik77.asia
777neko permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama 777neko.org
88judi permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama 88judi.net
99judi permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama 99judi.org
abcslot88 permainan paling top dan garansi imbal balik hasil besar bersama abcslot88.asia
