stringtranslate.com

Пятно 42 РНК

Spot 42 ( spf ) РНК — это регуляторная некодирующая бактериальная малая РНК , кодируемая геном spf (spot forty-two) . [1] Spf обнаружен в гамма-протеобактериях , и большинство экспериментальных работ по Spot42 было выполнено на Escherichia coli [2] [3] и недавно на Aliivibrio salmonicida . [4] В клетке Spot42 играет важную роль в качестве регулятора метаболизма и поглощения углеводов , а его экспрессия активируется глюкозой и ингибируется комплексом цАМФ - СРБ . [5] [6] [7] [8] [9]

sRNA транскрибируется с отдельного промотора и связывается с целевыми РНК-мессенджерами посредством несовершенного спаривания оснований. Период полураспада Spot42 in vivo составляет от 12 до 13 минут при 37 °C. [5] При выращивании в среде с добавлением глюкозы каждая клетка содержит 100–200 копий Spot42. [7] Соответствующий уровень, однако, снижается в 3–4 раза, когда клетки выращиваются в сукцинате или когда цАМФ добавляется к клеткам, выращенным в глюкозе. [8]

Открытие

Spot42 был впервые описан в 1973 году как нестабильный вид РНК из 109 нуклеотидов в Escherichia coli . Он был обнаружен с помощью электрофореза в полиакриламидном геле и двумерного дактилоскопирования в попытке изучить накопление малых РНК в E. coli во время аминокислотного голодания. [2] [3] В этих экспериментах электрофоретическая подвижность Spot42 была аналогична подвижности 5S рРНК . В 1979 году было обнаружено, что Spot42 накапливается при росте в присутствии глюкозы (т. е. когда аденозин 3′,5′-циклический монофосфат (цАМФ) низок). Во время роста с источником углерода, отличным от глюкозы (т. е. когда концентрации цАМФ высоки), концентрации Spot42 оказались значительно ниже. [7]

Более поздние эксперименты показали, что чрезмерная экспрессия Spot42 (примерно 10-кратное увеличение) приводит к нарушению роста и снижению способности адаптироваться к переходам на более богатые среды. [10] Кроме того, переход от глюкозы к сукцинату в качестве источника углерода приводит к длительному периоду задержки и медленному темпу роста. Также было заявлено, что причиной аномальных реакций является повышенное количество избыточных продуктов гена РНК Spot42, а не избыток самого гена. Исследование делеции spf в клетках E. coli привело к получению жизнеспособных нулевых мутантов spf, что указывает на то, что Spot42 не является необходимым, по крайней мере, в контролируемых лабораторных условиях. [11]

Геномная локализация и естественное распространение

Естественное распространение гена spf ограничено 5 порядками гаммапротеобактерий: Enterobacteriales, Aeromonadales, Vibrionales, Alteromonadales, Chromatiales. [12]

Энтеробактерии

Ген spf высококонсервативен в родах Escherichia , Shigella , Klebsiella , Salmonella , Yersinia семейства Enterobacteriaceae . [6] В E. coli ген spf фланкирован polA ( выше по течению) и yihA (ниже по течению). [13] [14] Последовательность связывания CRP и последовательности промотора -10 и -35 находятся выше spf .

Вибрионовые

Spf также высококонсервативен в семействе Vibrionaceae и недавно был идентифицирован во всех 76 доступных геномах Vibrionaceae (например, Vibrio , Aliivibrio , Photobacterium и Grimontia ) [4] . Например, у Vibrio cholerae , Vibrio vulnificus , Aliivibrio fischeri и Aliivibrio salmonicida ген spf фланкирован polA (вышестоящим) и геном sRNA, кодирующим новый VSsRNA24 ( нижестоящим).

Биологическая функция и конкретные цели

В течение нескольких лет было неясно, была ли функция Spot 42 опосредована самой РНК из 109 нуклеотидов или же функция была опосредована пептидом длиной 14 аминокислот , который предположительно кодируется внутри последовательности sRNA. Это было основано на наблюдении, что Spot42 содержит структурные особенности, схожие с другими некодирующими РНК, обнаруженными в E. coli (такими как 6S РНК и лямбда-бактериофаг), а также особенности, которые обычно встречаются в мРНК (т. е. полипуриновая последовательность, за которой следуют AUG, 14 аминокислот и терминатор UGA). [1] Использование анализа связывания фильтра и других методов показало, что Spot 42 не является мРНК. В этом подходе было проверено сродство между Spot42 и рибосомой 70S . [15] Здесь Spot 42 показал очень неэффективное связывание с очищенными 70S рибосомами, что привело к выводу, что функция Spot 42 опосредована самой РНК. Бэккедал и Хауген создали консенсусную вторичную структуру Spot42 на основе всех известных последовательностей "spf" на тот момент (2015) и обнаружили, что ген spot42 высококонсервативен в 5 порядках, в которых он идентифицирован. [12] Вторичная структура имеет высококонсервативные позиции нуклеотидов, которые потенциально могут участвовать в связывании с известными мишенями мРНК.

Биологическая функция Spot42 вEscherichia coli

В E. coli Spot 42 накапливается при росте в присутствии глюкозы (т. е. когда аденозин 3′,5′-циклический монофосфат ( цАМФ ) низок). [7] Прямая чувствительность уровней Spot 42 к глюкозе и цАМФ обусловлена ​​подавлением экспрессии spf комплексом цАМФ-СРБ (белок рецептора цАМФ). [8] Spot42 обнаруживается в количестве 100–200 копий на клетку, когда клетки выращиваются в глюкозе, и уменьшается в 3–4 раза, когда клетки выращиваются в сукцинате (вторичный источник углерода). Уменьшение Spot42 в клетках, выращенных во вторичных источниках углерода, является результатом связывания комплекса цАМФ-СРБ с промотором spf, который отрицательно регулирует транскрипцию Spot42. Позже близость spf к polA (ген, кодирующий ДНК-полимеразу I ) заставила Полайеса и его коллег проверить, могут ли продукты этих генов влиять друг на друга. [13] Они обнаружили, что при снижении уровня Spot 42, либо путем удаления spf, либо путем манипулирования условиями роста, активность ДНК pol A снижалась. Однако основной механизм этого наблюдения остается неизвестным.

Spot42 цели вEscherichia coli

Spot42 может напрямую взаимодействовать с мишенями мРНК через спаривание оснований. Первая мишень Spot 42 была обнаружена Мёллером и др., которые показали, что Spot 42 специфически связывается с короткой комплементарной областью в области инициации трансляции galK (кодирует галактоназу). [6] galK является третьим геном в опероне галактозы , который содержит четыре гена ( galETKM ) и производит полицистронную мРНК. Spot 42 опосредует дискоординированную экспрессию оперона gal (т. е. отдельные гены в опероне не экспрессируются одинаково) путем связывания с областью Шайна-Дальгарно galK , тем самым блокируя связывание рибосомы и трансляцию гена galK . Физиологическое значение координированной экспрессии неясно, но предполагает, что Spot 42 играет роль в тонкой настройке экспрессии генов для оптимизации использования источников углерода.

Бейзел и Шторц продемонстрировали с помощью анализа микрочипов и слияния репортеров, что Spot 42 играет более широкую роль в метаболизме , регулируя по крайней мере 14 оперонов. [5] Эти опероны содержат ряд генов, участвующих в поглощении и катаболизме непредпочтительных источников углерода. Во время сверхэкспрессии Spot 42 шестнадцать различных генов показывают 2-кратное повышение уровня мРНК. Идентифицированные гены в основном участвуют в центральном и вторичном метаболизме, а также в поглощении и катаболизме непредпочтительных источников углерода и окислении НАДН.

Сравнительный геномный подход позволил расширить связь Spot 42 с циклом трикарбоновых кислот Escherichia coli . [16] Наряду с ранее описанной целевым геномом gltA, связанным с TCA [5] , как icd, так и sucC были вычислительно предсказаны и впоследствии экспериментально подтверждены как прямые цели Spot 42. Кроме того, этот подход выявил gdhA как прямую цель Spot42. gdhA кодирует глутаматдегидрогеназу и связывает цикл цитрата и метаболизм азота.

Биологическая функция и цели РНК Spot42 вСальмонелла

Исследование, объединяющее карту связывания транскриптома белка Hfq со сравнительным прогнозированием мишени [17], помогло идентифицировать мРНК mglB (STM2190) как прямую мишень Spot42. [18]

Биологическая функция и цели РНК Spot42 вА. лососевые

Наблюдение, что A. salmonicida содержит ген spf (который кодирует Spot 42), но не имеет оперона galK (естественная цель Spot 42 в E. coli ), вдохновило ученых на изучение роли Spot 42 в этом патогене рыб . [4] A. salmonicida не может использовать галактозу (не имеет оперона gal ) в минимальной среде, а добавление галактозы мало влияет на скорость роста. Когда клетки выращиваются в глюкозе, уровень Spot42 увеличивается в 16–40 раз, но, напротив, уменьшается в 3 раза при добавлении цАМФ, что указывает на то, что Spot42, вероятно, имеет те же роли, что и в E. coli (т. е. в метаболизме углеводов ). Было высказано предположение, что Spot 42 работает совместно с новым геном sRNA, называемым VSsrna24 , расположенным на 262 нуклеотида ниже spf . РНК VSsrna42 имеет длину около 60 нуклеотидов и имеет паттерн экспрессии, противоположный паттерну Spot42. Кроме того, в мутанте с делецией spf ген, кодирующий пирин -подобный белок, был повышен в 16 раз. Пирин играет ключевую роль в центральном метаболизме, регулируя активность пируватдегидрогеназы E1 и, следовательно, выбирая, будет ли пируват ферментироваться или проходить через дыхание через цикл трикарбоновых кислот и транспорт электронов .

Ссылки

  1. ^ ab Sahagan BG, Dahlberg JE (июль 1979). "Небольшая нестабильная молекула РНК Escherichia coli: РНК пятна 42. I. Анализ нуклеотидной последовательности". J. Mol. Biol . 131 (3): 573–592. doi :10.1016/0022-2836(79)90008-1. PMID  390161.
  2. ^ ab Ikemura, Tochimichi; Dahlberg (25 июля 1973 г.). «Малые рибонуклеиновые кислоты Escherichia coli. II. Некоординированное накопление при строгом контроле». Журнал биологической химии . 248 (14): 5033–5041. doi : 10.1016/S0021-9258(19)43667-3 . PMID  4577762.
  3. ^ ab Ikemura, T; Dahlberg (25 июля 1973 г.). «Малые рибонуклеиновые кислоты Escherichia coli. I. Характеристика с помощью электрофореза в полиакриламидном геле и анализа отпечатков пальцев». Журнал биологической химии . 248 (14): 5024–5032. doi : 10.1016/S0021-9258(19)43666-1 . PMID  4577761.
  4. ^ abc Hansen, Geir; Ahmad (24 января 2012 г.). «Профилирование экспрессии выявляет малую РНК пятна 42 как ключевой регулятор центрального метаболизма Aliivibrio salmonicida». BMC Genomics . 13 : 37. doi : 10.1186/1471-2164-13-37 . PMC 3295665 . PMID  22272603. 
  5. ^ abcd Beisel CL, Storz G (2011). «Спаривание оснований РНК Spot 42 участвует в многовыходной прямой петле, помогая осуществлять катаболитную репрессию в Escherichia coli». Mol Cell . 41 (3): 286–297. doi :10.1016/j.molcel.2010.12.027. PMC 3072601 . PMID  21292161. 
  6. ^ abc Moller, T; Franch T; Udesen C; Gerdes K; Valentin-Hansen P (2002). «РНК пятна 42 опосредует дискоординированную экспрессию оперона галактозы E. coli». Genes Dev . 16 (13): 1696–1706. doi :10.1101/gad.231702. PMC 186370. PMID  12101127 . 
  7. ^ abcd Сахаган, Барбара; Дальберг (5 июля 1979 г.). «Небольшая, нестабильная молекула РНК Escherichia coli: РНК пятна 42. II. Накопление и распределение». Журнал молекулярной биологии . 131 (3): 593–605. doi :10.1016/0022-2836(79)90009-3. PMID  229230.
  8. ^ abc Polayes DA, Rice PW, Garner MM, Dahlberg JE (июль 1988). "Циклический AMP-белок рецептора циклического AMP как репрессор транскрипции гена spf Escherichia coli". J. Bacteriol . 170 (7): 3110–3114. doi :10.1128/jb.170.7.3110-3114.1988. PMC 211256. PMID  2454912 . 
  9. ^ Эль Муали, Ю; Гавирия-Кантин, Т; Санчес-Ромеро, Массачусетс; Гиберт, М; Вестерманн, AJ; Фогель, Дж; Бальсалобре, К. (июнь 2018 г.). «CRP-цАМФ опосредует подавление вирулентности сальмонеллы на посттранскрипционном уровне». ПЛОС Генетика . 14 (6): e1007401. дои : 10.1371/journal.pgen.1007401 . ПМЦ 5991649 . ПМИД  29879120. 
  10. ^ Райс, П. В.; Дальберг (декабрь 1982 г.). «Ген между polA и glnA задерживает рост Escherichia coli, когда присутствует в нескольких копиях: физиологические эффекты гена для РНК пятна 42». Журнал бактериологии . 152 (3): 1196–1210. doi :10.1128/jb.152.3.1196-1210.1982. PMC 221627. PMID 6183252  . 
  11. ^ Hatful, GF; Joyce (июнь 1986). «Удаление гена spf (spot 42 RNA) Escherichia coli». Journal of Bacteriology . 166 (3): 746–750. doi :10.1128/jb.166.3.746-750.1986. PMC 215189. PMID  2940230 . 
  12. ^ ab Bækkedal, Cecilie; Haugen, Peik (сентябрь 2015 г.). «РНК пятна 42: регуляторная малая РНК с ролями в центральном метаболизме». RNA Biology . 12 (10): 1071–1077. doi :10.1080/15476286.2015.1086867. PMC 4829326 . PMID  26327359. 
  13. ^ ab Polayes; Rice (май 1988). «Активность ДНК-полимеразы I в Escherichia coli зависит от РНК пятна 42». Журнал бактериологии . 170 (5): 2083–2088. doi :10.1128/jb.170.5.2083-2088.1988. PMC 211090. PMID  2452153. 
  14. ^ Джойс; Гриндли (декабрь 1982 г.). «Идентификация двух генов, непосредственно расположенных ниже гена polA Escherichia coli». Журнал бактериологии . 152 (3): 1211–1219. doi : 10.1128/jb.152.3.1211-1219.1982. PMC 221628. PMID  6183253. 
  15. ^ Райс; Полайес (август 1987 г.). «РНК пятна 42 Escherichia coli не является мРНК». Журнал бактериологии . 169 (8): 3850–3852. doi :10.1128/jb.169.8.3850-3852.1987. PMC 212481. PMID  2440852 . 
  16. ^ Wright PR, Richter AS, Papenfort K, Mann M, Vogel J, Hess WR, Backofen R, Georg J (2013). «Сравнительная геномика повышает прогнозирование целей для бактериальных малых РНК». Proc Natl Acad Sci USA . 110 (37): E3487–E3496. Bibcode : 2013PNAS..110E3487W. doi : 10.1073/pnas.1303248110 . PMC 3773804. PMID  23980183 . 
  17. ^ Wright PR, Georg J, Mann M, Sorescu DA, Richter AS, Lott S, Kleinkauf R, Hess WR, Backofen R (2014). «CopraRNA и IntaRNA: прогнозирование малых РНК-мишеней, сетей и доменов взаимодействия». Nucleic Acids Res . 42 (веб-сервер): W119–23. doi :10.1093/nar/gku359. PMC 4086077. PMID  24838564 . 
  18. ^ Holmqvist E, Wright PR, Li L, Bischler T, Barquist L, Reinhardt R, Backofen R, Vogel J (2016). «Глобальные паттерны распознавания РНК посттранскрипционных регуляторов Hfq и CsrA, выявленные с помощью УФ-сшивания in vivo». EMBO J . 35 (9): 991–1011. doi :10.15252/embj.201593360. PMC 5207318 . PMID  27044921. 

Внешние ссылки