Пятно 42 РНК - Spot 42 RNA

Пятно 42 РНК
RF00021.jpg
Идентификаторы
СимволSpot_42
Альт. СимволыПятно42
РфамRF00021
Прочие данные
РНК типГен; мРНК
Домен (ы)Бактерии
ТАКТАК: 0000389
PDB структурыPDBe

Пятно 42 (SPF) РНК это нормативное некодирование бактериальная малая РНК закодировано SPF (пятно сорок два) ген.[1] Spf находится в гаммапротеобактерии и большая часть экспериментальных работ на Spot42 была выполнена в кишечная палочка [2][3] и недавно в Aliivibrio salmonicida.[4] В клетке Spot42 играет важную роль в качестве регулятора в углеводный обмен и поглощение, и его выражение активируется глюкоза, и тормозится лагерь -CRP сложный.[5][6][7][8][9]

МРНК транскрибируется с отдельной промоутер и привязан к информационная РНК цели через несовершенное соединение оснований. В период полураспада из Spot42 in vivo составляет от 12 до 13 минут при 37 ° C.[5] При выращивании в среде с добавлением глюкоза, каждая ячейка содержит 100–200 копий Spot42.[нужна цитата ] Однако соответствующий уровень снижается в 3-4 раза, когда клетки растут в сукцинат или когда лагерь добавляется к клеткам, выросшим в глюкозе.[8]

Открытие

Spot42 был впервые описан в 1973 году как нестабильный РНК видов 109 нуклеотиды в кишечная палочка. Это было обнаружено электрофорез в полиакриламидном геле и 2-D фингерпринтинг в попытке изучить накопление малых РНК в Кишечная палочка в течение аминокислота голодание.[2][3] В этих экспериментах электрофоретическая подвижность Spot42 был похож на 5S рРНК. В 1979 году было обнаружено, что Spot42 накапливается при росте в присутствии глюкозы (то есть, когда аденозин 3 ', 5'-циклический монофосфат (цАМФ) низкий). Было обнаружено, что во время роста с источником углерода, отличным от глюкозы (т. Е. При высоких концентрациях цАМФ), концентрации Spot42 были значительно ниже.[7]

Более поздние эксперименты показали, что чрезмерная экспрессия Spot42 (~ 10-кратное увеличение) приводит к нарушению роста и снижению способности адаптироваться к переходу на более богатую среду.[10] Далее переход от глюкоза к сукцинат поскольку источник углерода привел к длительному лаговому периоду и медленной скорости роста. Было также указано, что причина аномальных ответов была вызвана повышенным количеством избыточных продуктов гена РНК Spot42, а не избытком самого гена. Исследование делеции spf в Кишечная палочка клетки привели к появлению жизнеспособных мутантов с нулевым spf, что указывает на то, что Spot42 несущественен, по крайней мере, в контролируемых лабораторных условиях.[11]

Геномная локализация и естественное распространение

Естественное распределение SPF ген ограничен 5 порядками гаммапротеобактерий; Enterobacteriales, Aeromonadales, Vibrionales, Alteromonadales, Chromatiales.[12]

Энтеробактерии

В SPF ген высоко консервативен в Эшерихия, Шигелла, Клебсиелла, Сальмонелла, Иерсиния роды в семье Энтеробактерии.[6] В Кишечная палочка то SPF ген окружен ПОЛЬША (вверх по течению) и yihA (вниз по течению).[13][14] А CRP связывающая последовательность и -10 и -35 промоутер последовательности находятся перед SPF.

Vibrionaceae

Spf также хорошо сохраняется в семье Vibrionaceae, и недавно был идентифицирован во всех 76 доступных Vibrionaceae геномы (например., Вибрион, Аливибрио, Фотобактерии и Гримонтия роды).[4] Например, в Холерный вибрион, Vibrio vulnificus, Aliivibrio fischeri и Aliivibrio salmonicida то SPF ген окружен ПОЛЬША (вверх по течению) и мРНК ген, кодирующий роман VSsRNA24 (вниз по течению).

Биологическая функция и конкретные цели

В течение нескольких лет было неясно, опосредована ли функция Spot 42 через 109 нуклеотид РНК или если функция была опосредована через 14 аминокислоты длинный пептид который гипотетически кодируется из последовательности мРНК. Это было основано на наблюдении, что Spot42 содержит структурные особенности, аналогичные другим некодирующие РНК нашел в Кишечная палочка (Такие как 6S РНК и лямбда-бактериофаг), а также особенности, которые обычно обнаруживаются в мРНК (т.е. последовательность полипурина, за которой следует AUG, 14 аминокислот и терминатор UGA).[1] Используя анализ связывания фильтра и другие методы показали, что Spot 42 не является мРНК. При таком подходе сходство между Spot42 и 70S рибосома был протестирован.[15] Здесь Spot 42 показал очень неэффективное связывание с очищенными рибосомами 70S, что привело к заключению, что функция Spot 42 опосредуется самой РНК. Бэккедал и Хауген создали консенсусную вторичную структуру Spot42, основанную на всех известных на то время (2015 г.) последовательностях «spf», и обнаружили, что ген spot42 является высококонсервативным во всех 5 порядках, которые он идентифицировал.[12] Вторичная структура имеет высококонсервативные положения нуклеотидов, которые могут участвовать в связывании с известными мишенями мРНК.

Биологическая функция Spot42 в кишечная палочка

В Кишечная палочка Пятно 42 накапливается при росте в присутствии глюкоза (т.е. когда аденозин 3 ', 5'-циклический монофосфат (лагерь ) низкий).[7] Прямая реакция уровней Spot 42 на глюкозу и цАМФ обусловлена ​​подавлением SPF экспрессия с помощью комплекса цАМФ-СРБ (цАМФ-рецепторный белок) комплекса.[8] Spot42 обнаруживается в количестве 100–200 копий на клетку, когда клетки растут в глюкозе, и уменьшается в 3–4 раза, когда клетки растут в сукцинат (вторичные источники углерода). Уменьшение Spot42 в клетках, выращенных во вторичных источниках углерода, является результатом связывания комплекса цАМФ-CRP с промотором spf, который негативно регулирует транскрипция из Spot42. Позже близость SPF к ПОЛЬША (кодирование гена ДНК-полимераза I ) побудил Полайеса и его сотрудников проверить, могут ли продукты этих генов влиять друг на друга.[13] Они обнаружили, что за счет снижения уровней Spot 42, либо путем делеции spf, либо путем изменения условий роста, активность ДНК pol A снижается. Однако основной механизм этого наблюдения остается неизвестным.

Spot42 цели в кишечная палочка

Spot42 может напрямую взаимодействовать с мишенями мРНК посредством спаривания оснований. Первая цель Spot 42 была обнаружена Мёллером и др. которые показали, что Spot 42 специфически связывается с короткой дополнительной областью в перевод область инициации галК (кодирует галактоиназу).[6] галК это третий ген в галактоза оперон, содержащий четыре гена (galETKM) и производит полицистронный мРНК. Пятно 42 опосредует дискоординатную экспрессию оперона gal (т.е. отдельные гены оперона не экспрессируются одинаково) путем связывания с galK Шайн-Дальгарно регион, тем самым блокируя рибосома переплет и перевод галК ген. Физиологическое значение координированной экспрессии неясно, но предполагает, что Spot 42 играет роль в тонкой настройке экспрессии генов для оптимизации использования источников углерода.

Байзель и Сторц продемонстрировали микрочип анализ и репортерные слияния, в которых Spot 42 играет более широкую роль метаболизм регулируя не менее 14 оперонов.[5] Эти опероны содержат ряд генов, участвующих в захвате и катаболизм неблагоприятных источников углерода. Во время сверхэкспрессии Spot 42 шестнадцать различных генов демонстрируют двукратное повышение уровня мРНК. Выявленные гены в основном участвуют в центральном и вторичном метаболизме, а также в поглощении и катаболизме нежелательных источников углерода и окисление НАДН.

Подход сравнительной геномики смог расширить связь Spot 42 с кишечная палочка Цикл TCA.[16] Рядом с ранее сообщенной целью, связанной с TCA gltA[5] обе icd и успех были предсказаны с помощью вычислений и впоследствии экспериментально подтверждены как прямые цели для Spot 42. Кроме того, этот подход обнаружил gdhA как прямая цель Spot42. gdhA кодирует глутаматдегидрогеназу и связывает цитратный цикл и метаболизм азота.

Биологическая функция и мишени РНК Spot42 в Сальмонелла

Исследование, объединяющее широкую карту связывания транскриптома Hfq белок со сравнительным целевым прогнозом[17] помог в выявлении мглБ (STM2190) мРНК как прямая мишень для Spot42.[18]

Биологическая функция и мишени РНК Spot42 в A. salmonicida

Наблюдение, что A. salmonicida содержит SPF ген (который кодирует Spot 42), но не имеет галК оперон (естественная мишень Spot 42 в Кишечная палочка), вдохновили ученых на изучение роли Пятна 42 у этой рыбы. возбудитель.[4] A. salmonicida не может использовать галактозу (не хватает гал оперон) в минимальной среде, и добавление галактозы мало влияет на скорость роста. Когда клетки выращивают в глюкозе, уровень Spot42 увеличивается в 16-40 раз, но, напротив, снижается в 3 раза при добавлении цАМФ, что указывает на то, что Spot42, вероятно, выполняет те же функции, что и в Кишечная палочка (т.е. в углеводный обмен ). Была выдвинута гипотеза, что Spot 42 работает совместно с новым геном мРНК, называемым VSsrna24, расположенный в 262 н. SPF. В VSsrna42 РНК имеет длину примерно 60 нуклеотидов и имеет паттерн экспрессии, противоположный таковому у Spot42. Кроме того, в SPF делеционный мутант гена, кодирующего пирин -подобный белок был активирован в 16 раз. Пирин играет ключевую роль в центральном метаболизме, регулируя активность пируватдегидрогеназа E1 и поэтому выберите, если пируват будет ферментироваться или пройти дыхание через цикл TCA и электронный транспорт.

Рекомендации

  1. ^ а б Sahagan BG, Dahlberg JE (июль 1979 г.). «Небольшая нестабильная молекула РНК Escherichia coli: пятно 42 РНК. I. Анализ нуклеотидной последовательности». J. Mol. Биол. 131 (3): 573–592. Дои:10.1016/0022-2836(79)90008-1. PMID  390161.
  2. ^ а б Икемура, Точимичи; Дальберг (25 июля 1973 г.). «Малые рибонуклеиновые кислоты Escherichia coli. II. Некоординированное накопление при строгом контроле». Журнал биологической химии. 248 (14): 5033–5041. PMID  4577762.
  3. ^ а б Икемура, Т; Дальберг (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. PMID  4577761.
  4. ^ а б c Хансен, Гейр; Ахмад (24 января 2012 г.). «Профилирование экспрессии показывает, что малая РНК Spot 42 является ключевым регулятором центрального метаболизма Aliivibrio salmonicida». BMC Genomics. 13: 37. Дои:10.1186/1471-2164-13-37. ЧВК  3295665. PMID  22272603.
  5. ^ а б c d Beisel CL, Storz G (2011). «Пятно 42 РНК, образующая пары оснований, участвует в многоканальном цикле прямой связи, чтобы способствовать репрессии катаболитов в Escherichia coli». Mol Cell. 41 (3): 286–297. Дои:10.1016 / j.molcel.2010.12.027. ЧВК  3072601. PMID  21292161.
  6. ^ а б c Моллер, Т; Franch T; Удесен C; Гердес К; Валентин-Хансен П (2002). «Spot 42 РНК опосредует дискоординатную экспрессию Кишечная палочка оперон галактозы ". Genes Dev. 16 (13): 1696–1706. Дои:10.1101 / gad.231702. ЧВК  186370. PMID  12101127.
  7. ^ а б c Сахаган, Барбара; Дальберг (5 июля 1979 г.). «Небольшая нестабильная молекула РНК Escherichia coli: пятно 42 РНК. II. Накопление и распределение». Журнал молекулярной биологии. 131 (3): 593–605. Дои:10.1016/0022-2836(79)90009-3. PMID  229230.
  8. ^ а б c Полайес Д.А., Райс П.В., Гарнер М.М., Дальберг Дж. Э. (июль 1988 г.). «Циклический AMP-циклический рецепторный белок AMP как репрессор транскрипции гена spf Escherichia coli». J. Bacteriol. 170 (7): 3110–3114. Дои:10.1128 / jb.170.7.3110-3114.1988. ЧВК  211256. PMID  2454912.
  9. ^ Эль Муали, Й; Гавирия-Кантин, Т; Санчес-Ромеро, Массачусетс; Гиберт, М; Вестерманн, AJ; Vogel, J; Бальсалобре, С (июнь 2018 г.). «CRP-cAMP опосредует подавление вирулентности сальмонелл на посттранскрипционном уровне». PLOS Genetics. 14 (6): e1007401. Дои:10.1371 / journal.pgen.1007401. ЧВК  5991649. PMID  29879120.
  10. ^ Рис, PW; Дальберг (декабрь 1982 г.). «Ген между polA и glnA замедляет рост Escherichia coli, когда присутствует в нескольких копиях: физиологические эффекты гена для РНК пятна 42». Журнал бактериологии. 152 (3): 1196–1210. ЧВК  221627. PMID  6183252.
  11. ^ Hatful, GF; Джойс (июнь 1986 г.). «Делеция гена spf (пятно 42 РНК) Escherichia coli». Журнал бактериологии. 166 (3): 746–750. Дои:10.1128 / jb.166.3.746-750.1986. ЧВК  215189. PMID  2940230.
  12. ^ а б Бэккедал, Сесилия; Хауген, Пейк (сентябрь 2015 г.). «РНК Spot 42: регуляторная малая РНК, играющая роль в центральном метаболизме». РНК Биология. 12 (10): 1071–1077. Дои:10.1080/15476286.2015.1086867. ЧВК  4829326. PMID  26327359.
  13. ^ а б Полайес; Райс (май 1988 г.). «На активность ДНК-полимеразы I в Escherichia coli влияет РНК пятна 42». Журнал бактериологии. 170 (5): 2083–2088. Дои:10.1128 / jb.170.5.2083-2088.1988. ЧВК  211090. PMID  2452153.
  14. ^ Джойс; Гриндли (декабрь 1982 г.). «Идентификация двух генов непосредственно ниже гена polA Escherichia coli». Журнал бактериологии. 152 (3): 1211–1219. ЧВК  221628. PMID  6183253.
  15. ^ Рис; Полайес (август 1987 г.). «РНК Spot 42 Escherichia coli не является мРНК». Журнал бактериологии. 169 (8): 3850–3852. Дои:10.1128 / jb.169.8.3850-3852.1987. ЧВК  212481. PMID  2440852.
  16. ^ Райт PR, Рихтер А.С., Папенфорт К., Манн М., Фогель Дж., Хесс В.Р., Бэкофен Р., Георг Дж. (2013). «Сравнительная геномика улучшает предсказание целей для бактериальных малых РНК». Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (37): E3487 – E3496. Дои:10.1073 / pnas.1303248110. ЧВК  3773804. PMID  23980183.
  17. ^ Райт PR, Георг Дж., Манн М., Сореску Д.А., Рихтер А.С., Лотт С., Кляйнкауф Р., Хесс В. Р., Бэкофен Р. (2014). «CopraRNA и IntaRNA: прогнозирование малых РНК-мишеней, сетей и доменов взаимодействия». Нуклеиновые кислоты Res. 42 (Веб-сервер): W119–23. Дои:10.1093 / нар / gku359. ЧВК  4086077. PMID  24838564.
  18. ^ Холмквист Э., Райт П.Р., Ли Л., Бишлер Т., Барквист Л., Рейнхардт Р., Бекофен Р., Фогель Дж. (2016). «Глобальные паттерны распознавания РНК посттранскрипционных регуляторов Hfq и CsrA, выявленные с помощью УФ-сшивания in vivo». EMBO J. 35 (9): 991–1011. Дои:10.15252 / embj.201593360. ЧВК  5207318. PMID  27044921.

внешняя ссылка