Małe RNA bakterii - Bacterial small RNA

Bakteryjne małe RNA ( sRNA ) to małe RNA wytwarzane przez bakterie ; są to niekodujące cząsteczki RNA o długości od 50 do 500 nukleotydów , o wysokiej strukturze i zawierające kilka pętli pnia . Liczne sRNA zidentyfikowano zarówno przy użyciu analizy obliczeniowej , jak i technik laboratoryjnych , takich jak Northern blotting , mikromacierze i RNA- Seq , u szeregu gatunków bakterii , w tym Escherichia coli , patogenu modelowego Salmonella , wiążącej azot alfaproteobacterium Sinorhizobium meliloti , sinic morskich , Francisella tularensis (czynnik sprawczy tularemii ), Streptococcus pyogenes , patogen Staphylococcus aureus , a roślina patogen Xanthomonas oryzae patovar oryzae . Bakteryjne sRNA wpływają na ekspresję genów w komórkach bakteryjnych poprzez interakcję z mRNA lub białkiem, a tym samym mogą wpływać na różne funkcje bakterii, takie jak metabolizm, zjadliwość, reakcja na stres środowiskowy i struktura.

Początek

W latach sześćdziesiątych skrót sRNA był używany w odniesieniu do „rozpuszczalnego RNA”, który jest obecnie znany jako transferowy RNA lub tRNA (przykład skrótu używanego w tym znaczeniu, patrz). Obecnie wiadomo, że większość bakteryjnych sRNA jest kodowana przez wolnostojące geny zlokalizowane w regionach międzygenowych (IGR) pomiędzy dwoma znanymi genami. Jednak wykazano, że klasa sRNA pochodzi z 3'-UTR mRNA przez niezależną transkrypcję lub rozszczepienie nukleolityczne.

Pierwsze bakteryjne sRNA odkryto i scharakteryzowano w 1984 roku. Odkryto, że MicF w E. coli reguluje ekspresję kluczowego genu strukturalnego, który tworzy zewnętrzną błonę komórki E. coli . Niedługo potem odkryto , że sRNA RNAIII Staphylococcus aureus działa jako globalny regulator zjadliwości i wydzielania toksyn S. aureus . Od czasu tych początkowych odkryć zidentyfikowano ponad sześć tysięcy bakteryjnych sRNA, głównie poprzez eksperymenty z sekwencjonowaniem RNA .

Techniki

Do identyfikacji i scharakteryzowania transkryptów sRNA można zastosować kilka technik laboratoryjnych i bioinformatycznych.

  • Sekwencjonowanie RNA lub sekwencja RNA służy do analizy poziomów ekspresji wszystkich transkryptów w genomie, w tym sRNA.
  • Mikromacierze wykorzystują komplementarne sondy DNA do wiązania się z możliwymi loci sRNA w regionach międzygenowych.
  • Northern blotting może ujawnić możliwą wielkość transkryptu sRNA i poziomy ekspresji przez uruchomienie próbki mieszanego RNA na żelu agarozowym i sondowanie pożądanego sRNA.
  • Oprogramowanie do przewidywania celów może przewidywać możliwe interakcje między sRNA i mRNA, znajdując regiony komplementarności w sekwencjach docelowych sRNA i mRNA.
  • Sieciowanie RNaz może eksperymentalnie potwierdzić interakcje sRNA i mRNA poprzez sieciowanie sRNA i jego celu światłem UV, wraz z enzymami RNazy , które również są zwykle zaangażowane w interakcję. Hybryda sRNA:mRNA może być następnie wyizolowana i przeanalizowana.

Funkcjonować

Cztery powszechne mechanizmy interakcji bakteryjnego sRNA z celami mRNA lub białkami.

Bakteryjne sRNA mają wiele różnych mechanizmów regulacyjnych. Ogólnie rzecz biorąc, sRNA mogą wiązać się z docelowymi białkami i modyfikować funkcję związanego białka. Alternatywnie, sRNA mogą oddziaływać z docelowymi mRNA i regulować ekspresję genów przez wiązanie się z komplementarnym mRNA i blokowanie translacji lub przez demaskowanie lub blokowanie miejsca wiązania rybosomu .

sRNA oddziałujące z mRNA można również zaklasyfikować jako działające w układzie cis lub trans . C oznacza sRNA oddziałujące z genami zakodowanymi w tym samym locus genetycznym co sRNA. Niektóre cis -acting sRNAs pełnić riboswitches , które mają receptory dla określonych sygnałów środowiskowych lub metabolicznego i aktywowanie lub zahamowania genów na podstawie tych sygnałów. Odwrotnie, trans- kodowane sRNA oddziałują z genami w oddzielnych loci.

Gospodarowanie

Wśród celów sRNA znajduje się szereg genów porządkowych. 6S RNA wiąże się z polimerazą RNA i reguluje transkrypcję , tmRNA pełni funkcje w syntezie białek, w tym recyklingu zatrzymanych rybosomów , 4,5S RNA reguluje cząsteczki rozpoznawania sygnału (SRP) , które są wymagane do sekrecji białek, a RNaza P jest zaangażowana w dojrzewające tRNA .

Reakcja na stres

Wiele sRNA jest zaangażowanych w regulację odpowiedzi na stres. Są one wyrażane w warunkach stresowych, takich jak szok zimna , niedobór żelaza , początek odpowiedzi SOS i stres cukrowy. Stwierdzono, że małe RNA ryfA wpływa na odpowiedź stresową uropatogennych bakterii E.coli pod wpływem stresu osmotycznego i oksydacyjnego. Indukowany stresem azotowym RNA 1 o małym RNA (NsiR1) jest wytwarzany przez Cyanobacteria w warunkach pozbawienia azotu . Cyanobacteria NisR8 i NsiR9 sRNA mogą być związane z różnicowaniem komórek wiążących azot ( heterocysty ).

Regulacja RpoS

Gen RPO w E. coli koduje Sigma 38 , A czynnik sigma , która reguluje odpowiedzi na stres i działa jako regulator transkrypcji wielu genów zaangażowanych w proces adaptacji komórek. Co najmniej trzy sRNA, DsrA, RprA i OxyS regulują translację RpoS. Zarówno DsrA, jak i RprA aktywują translację RpoS poprzez parowanie zasad z regionem w sekwencji liderowej mRNA RpoS i zakłócanie tworzenia spinki do włosów, która uwalnia miejsce ładowania rybosomu. OxyS hamuje translację RpoS. Poziomy DsrA wzrastają w odpowiedzi na niskie temperatury i stres osmotyczny , a poziomy RprA wzrastają w odpowiedzi na stres osmotyczny i stres na powierzchni komórek, tym samym zwiększając poziomy RpoS w odpowiedzi na te warunki. Poziomy OxyS wzrastają w odpowiedzi na stres oksydacyjny , hamując tym samym RpoS w tych warunkach.

Regulacja białek błony zewnętrznej

Błony zewnętrznej z gram ujemnych bakterii działa jako bariera, aby zapobiec wprowadzeniu toksyny do komórki bakteryjnej, a odgrywa rolę w przeżycie komórek bakteryjnych w różnych warunkach. Białka błony zewnętrznej (OMP) obejmują poryny i adhezyny . Liczne sRNA regulują ekspresję OMP. Poryny OmpC i OmpF są odpowiedzialne za transport metabolitów i toksyn. Ekspresja OmpC i OmpF jest regulowana przez sRNA MicC i MicF w odpowiedzi na warunki stresowe. Białko błony zewnętrznej OmpA mocuje zewnętrzną membranę do murein warstwy periplazmatycznej . Jego ekspresja jest obniżona w stacjonarnej fazie wzrostu komórek. W E. coli sRNA MicA zmniejsza poziom OmpA, u Vibrio cholerae sRNA VrrA hamuje syntezę OmpA w odpowiedzi na stres.

Zjadliwość

U niektórych bakterii sRNA regulują geny wirulencji. W Salmonella The zjadliwości wyspą zakodowane InvR RNA tłumi syntezę głównych białek błony zewnętrznej OmpD; inny koaktywowany DapZ sRNA z 3'-UTR hamuje liczne błonowe transportery Opp/Dpp oligopeptydów; a SgrS sRNA reguluje ekspresję wydzielanego białka efektorowego SopD. W Staphylococcus aureus RNAIII reguluje szereg genów zaangażowanych w produkcję toksyn i enzymów oraz białek powierzchniowych komórek. FasX sRNA jest tylko dobrze scharakteryzowany RNA regulacyjne znane sterować regulacją w kilku czynników zjadliwości Streptococcus pyogenes , w tym zarówno na powierzchni komórek związanych białek adhezyjnych, a także czynniki wydzielane.

Quorum sensing

U gatunków Vibrio sRNA QRr i białko opiekuńcze Hfq są zaangażowane w regulację wykrywania kworum . QRr sRNA regulują ekspresję kilku mRNA, w tym głównych regulatorów quorum-sensing LuxR i HapR.

Zobacz też: VqmR sRNA

Tworzenie biofilmu

Biofilm to rodzaj wzorca wzrostu bakterii, w którym wiele warstw komórek bakteryjnych przylega do powierzchni gospodarza. Ten sposób wzrostu jest często spotykany u bakterii chorobotwórczych, w tym Pseudomonas aeruginosa , które mogą tworzyć trwały biofilm w drogach oddechowych i powodować przewlekłe zakażenia. Stwierdzono, że sRNA P. aeruginosa SbrA jest niezbędny do pełnego tworzenia biofilmu i patogenności. Zmutowany szczep P. aeruginosa z usuniętym SbrA wytworzył o 66% mniejszy biofilm, a jego zdolność do infekowania modelu nicieni była zmniejszona o prawie połowę w porównaniu z P. aeruginosa typu dzikiego .

Odporność na antybiotyki

W regulację genów nadających antybiotykooporność zaangażowanych jest kilka bakteryjnych sRNA . Na przykład sRNA DsrA reguluje pompę wypływu leku w E. coli , która jest systemem, który mechanicznie wypompowuje antybiotyk z komórek bakteryjnych. E. coli MicF przyczynia się również do antybiotykooporności cefalosporyn , ponieważ reguluje białka błonowe zaangażowane w wychwyt tej klasy antybiotyków.

Przewidywanie celu

Aby zrozumieć funkcję sRNA, należy przede wszystkim opisać jego cele. W tym przypadku przewidywanie celu stanowi szybką i darmową metodę początkowej charakteryzacji przypuszczalnych celów, biorąc pod uwagę, że sRNA faktycznie pełni swoją funkcję poprzez bezpośrednie parowanie zasad z docelowym RNA. Przykładami są CopraRNA, IntaRNA, TargetRNA i RNApredator. Wykazano, że przewidywanie celu dla enterobakterii sRNA może skorzystać z map wiązania Hfq obejmujących cały transkryptom .

Bazy danych

Zobacz też

Bibliografia