рпоС
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( май 2011 г. ) |
Ген rpoS ( РНК - полимераза , сигма S , также называемый katF) кодирует сигма-фактор сигма-38 (σ38, или RpoS), белок массой 37,8 кДа в Escherichia coli . [ 1 ] Сигма-факторы — это белки, которые регулируют транскрипцию у бактерий . Сигма-факторы могут активироваться в ответ на различные условия окружающей среды. rpoS транскрибируется в поздней экспоненциальной фазе, и RpoS является основным регулятором генов стационарной фазы. RpoS является центральным регулятором общей реакции на стресс и действует как ретроактивно, так и проактивно: он не только позволяет клетке выживать в условиях окружающей среды, но также готовит клетку к последующим стрессам (перекрестная защита). [ 2 ] Регулятор транскрипции CsgD играет центральную роль в формировании биопленок , контролируя экспрессию Curli структурных и экспортных белков , а также дигуанилатциклазу adrA, которая косвенно активирует выработку целлюлозы. [ 3 ] Ген rpoS , скорее всего, произошел от гаммапротеобактерий . [ 2 ]
Сигнал окружающей среды к активации: регуляция RpoS
[ редактировать ]Регуляторные механизмы, контролирующие RpoS, существуют на различных уровнях организации генов и белков: транскрипции , трансляции , деградации и активности белка. Эти процессы происходят в ответ на стрессы, такие как ближнее УФ-излучение , кислотный , температурный или осмотический шок , окислительный стресс и лишение питательных веществ. Хотя в этих областях идентифицировано множество ключевых регуляторных субъектов, точные механизмы, с помощью которых они сигнализируют о транскрипции, трансляции, протеолизе или активности rpoS, остаются в значительной степени неохарактеризованными.
Транскрипционный контроль rpoS
[ редактировать ]Транскрипция rpoS в E. coli в основном регулируется хромосомным промотором rpoSp. [ 4 ] rpoSp способствует транскрипции мРНК rpoS и индуцируется при вступлении в стационарную фазу в клетках, растущих на богатой среде, по неизвестному механизму. [ 5 ] По бокам rpoSp находятся два предполагаемых сайта связывания цАМФ- CRP ( белок циклического рецептора АМФ-цАМФ ), которые, по-видимому, контролируют транскрипцию rpoS антагонистическим образом. Положение первого сайта выше основного промотора rpoS соответствует «классическому активатору», аналогично обнаруженному в промоторе lac , что позволяет предположить, что его влияние на транскрипцию является активирующим (Lange and Hengge-Aronis, 1994); напротив, расположение второго сайта цАМФ-СРБ указывает на ингибирующее действие. В экспоненциальной фазе мутанты crp демонстрируют высокие уровни экспрессии rpoS , что позволяет предположить, что цАМФ-CRP ингибирует транскрипцию rpoS . С другой стороны, при вступлении в стационарную фазу цАМФ-СРБ может усиливать транскрипцию rpoS (Hengge-Aronis, 2002). Хотя эти наблюдения могут объяснить кажущуюся двойственную природу сайтов связывания цАМФ-СРБ, они требуют объяснения фазозависимого выбора активации сайта цАМФ-СРБ, чтобы полностью объяснить противоречивые данные. Дополнительный нормативный контроль для Транскрипция rpoS включает: BarA, гистидинового сенсора киназу , которая может активировать OmpR и тем самым способствовать синтезу поринов; уровни малых молекул, таких как ppGppp , которые могут препятствовать удлинению или стабильности транскрипции в ответ на ограничение аминокислот или углеродное, азотное или фосфорное голодание (Gentry et al. , 1993). Несмотря на многочисленные средства контроля транскрипции rpoS , клеточные уровни мРНК rpoS остаются высокими во время экспоненциальной фазы, и большинство внеклеточных стимулов существенно не влияют на транскрипцию rpoS .
Трансляционное управление rpoS
[ редактировать ]Большая часть экспрессии RpoS определяется на уровне трансляции. [ 6 ] мРНК (малые некодирующие РНК ) чувствуют изменения окружающей среды и, в свою очередь, увеличивают трансляцию мРНК rpoS , позволяя клетке соответствующим образом приспосабливаться к внешнему стрессу. Промотор 85-нуклеотидной мРНК DsrA содержит чувствительный к температуре термоконтроль инициации транскрипции, поскольку он репрессируется при высоких (42°C) температурах, но индуцирует (возможно, путем комплементарного связывания) rpoS при низких (25°C) температурах. [ 7 ] Другая мРНК, RprA , стимулирует трансляцию rpoS RcsC в ответ на стресс клеточной поверхности, сигнал которого передается через сенсорную киназу . [ 7 ] Третий тип мРНК, OxyS, регулируется OxyR, основным сенсором окислительного шока. [ 8 ] Механизм, с помощью которого OxyS влияет на rpoS мРНК эффективность трансляции , неизвестен. РНК-связывающий белок Hfq . Однако в этом процессе участвует [ 9 ] Hfq связывается с rpoS мРНК in vitro и тем самым может модифицировать структуру мРНК rpoS для оптимальной трансляции. Hfq активирует как DsrA, так и RprA. Напротив, LeuO ингибирует трансляцию rpoS путем подавления экспрессии dsrA , а гистоноподобный белок HN-S (и его паралог StpA) ингибирует трансляцию rpoS посредством неизвестного механизма. Кроме того, H-NS, LeuO, Hfq и DsrA образуют взаимосвязанную регуляторную сеть, которая в конечном итоге контролирует трансляцию rpoS .
Было также показано, что трансляция RpoS контролируется и у других видов бактерий, помимо Escherichia coli. Например, у условно-патогенного человеческого патогена Pseudomonas aeruginosa sRNA ReaL трансляционно подавляет мРНК rpoS. [ 10 ]
Деградация RpoS
[ редактировать ]Протеолиз RpoS образует другой уровень регуляции сигма-фактора. Деградация происходит посредством ClpXP, бочкообразной протеазы, состоящей из двух шестисубъединичных колец АТФ-зависимого шаперона ClpX, которые окружают два семисубъединичных кольца ClpP (Repoila et al. , 2003). Регулятор ответа RssB был идентифицирован как специфичный для σS фактор распознавания, имеющий решающее значение для деградации RpoS. Дополнительные факторы, которые, как известно, регулируют протеолиз RpoS, но посредством не полностью изученных механизмов, включают: RssA, который находится в том же опероне, что и RssB; H-NS и DnaK, оба из которых также регулируют трансляцию мРНК rpoS , и LrhA; а ацетилфосфат влияет на протеолиз RpoS, возможно, действуя как донор фосфорила для RssB.
Регулон RpoS
[ редактировать ]В соответствии со своей ролью главного контроллера реакции бактерий на стресс, RpoS регулирует экспрессию генов реакции на стресс, которые попадают в различные функциональные категории: устойчивость к стрессу, морфология клеток, метаболизм , вирулентность и лизис .
Стрессоустойчивость
[ редактировать ]Многие гены, находящиеся под контролем RpoS, придают устойчивость к стрессу и таким воздействиям, как повреждение ДНК , присутствие активных форм кислорода и осмотический шок . Продукт xthA представляет собой экзонуклеазу, которая участвует в репарации ДНК, распознавая и удаляя 5'-монофосфаты вблизи абазических участков поврежденной ДНК. [ 11 ] Аналогично, каталазы HPI и HPII, кодируемые katG и katE, преобразуют вредные молекулы перекиси водорода в воду и кислород. [ 12 ] Продукт otsBA гена трегалоза действует как осмопротектор и необходим для устойчивости к высыханию. [ 13 ] Дополнительные RpoS-зависимые факторы, участвующие в окислительном стрессе, включают глутатионредуктазу (кодируемую gor ) и супероксиддисмутазу (кодируемую sodC ). [ 14 ]
также было обнаружено С помощью сравнительного протеомного анализа с B. pseudomallei , что rpoS регулирует восемь белков, реагирующих на окислительный стресс, включая ScoA (субъединицу SCOT), ранее не известную об участии в реакции на окислительный стресс. Регуляторным эффектом в этом случае является подавление RpoS экспрессии SCOT в ответ на окислительный стресс у B. pseudomallei . [ 15 ]
Морфология
[ редактировать ]RpoS-зависимые гены, участвующие в изменении проницаемости клеточных мембран и общей морфологии клеток, в основном относятся к osm семейству генов . osmB кодирует липопротеин внешней мембраны, который может играть роль в агрегации клеток (Jung et al. , 1990). , [ 15 ] тогда как osmY кодирует периплазматический белок. Дополнительные RpoS-зависимые факторы, определяющие размер и форму клетки, включают морфоген bolA и продукты оперона ftsQAZ , которые играют роль во времени деления клеток. [ 4 ] Контроль формы клеток, деления клеток и межклеточного взаимодействия, вероятно, будет важен для ингибирования пролиферации клеток и, таким образом, для распределения ресурсов для выживания клеток в периоды стресса.
Метаболизм
[ редактировать ]Метаболически оптимальные условия выживания включают RpoS-зависимое снижение активности цикла Кребса и повышенную гликолитическую активность для ограничения активных форм кислорода, которые производятся в результате важных клеточных процессов. Вступление пирувата в цикл Кребса ингибируется продуктом RpoS-зависимого гена poxB . Общее замедление метаболической активности соответствует сохранению энергии и замедлению роста в периоды стресса.
Вирулентность
[ редактировать ]В качестве защитного механизма среда хозяина враждебна к вторжению патогенов. Таким образом, инфекция может быть стрессовым событием для патогенных бактерий, а контроль генов вирулентности может быть во времени коррелирован со временем заражения патогенами. [ 16 ] Открытие RpoS-зависимых генов вирулентности у сальмонелл согласуется с тем, что RpoS является общим регулятором реакции на стресс: ген spv , обнаруженный на плазмиде вирулентности у этой бактерии, контролируется RpoS и необходим для роста в глубоких лимфоидных тканях, таких как селезенка. и печень. [ 17 ]
Лизис
[ редактировать ]RpoS также играет важную роль в регуляции лизиса клеток. Наряду с OmpR он активирует локус энтерицина ( ecnAB ), который кодирует токсин, индуцирующий лизис. [ 18 ] Напротив, ssnA отрицательно контролируется RpoS, но также способствует лизису. Парадоксально, но в определенных контекстах лизис рассматривается как процесс выживания.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ланге Р., Хенгге-Аронис Р. (январь 1991 г.). «Идентификация центрального регулятора экспрессии генов в стационарной фазе в Escherichia coli» . Молекулярная микробиология . 5 (1): 49–59. дои : 10.1111/j.1365-2958.1991.tb01825.x . ПМИД 1849609 .
- ^ Jump up to: а б Хенгге-Аронис Р. (сентябрь 2002 г.). «Передача сигнала и регуляторные механизмы, участвующие в контроле субъединицы сигма (S) (RpoS) РНК-полимеразы» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 66 (3): 373–95, оглавление. дои : 10.1128/MMBR.66.3.373-395.2002 . ПМК 120795 . ПМИД 12208995 .
- ^ Улих Г.А., Чен С.И., Коттрелл Б.Дж., Хофманн К.С., Дадли Э.Г., Стробо Т.П., Нгуен Л.Х. (август 2013 г.). «Вставка фага в mlrA и вариации rpoS ограничивают экспрессию curli и образование биопленок в серотипе Escherichia coli O157: H7» . Микробиология . 159 (Часть 8): 1586–96. дои : 10.1099/mic.0.066118-0 . ПМИД 23744902 .
- ^ Jump up to: а б Ланге Р., Фишер Д., Хенгге-Аронис Р. (август 1995 г.). «Идентификация сайтов начала транскрипции и роль ppGpp в экспрессии rpoS, структурного гена сигма-S-субъединицы РНК-полимеразы в Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 177 (16): 4676–80. дои : 10.1128/jb.177.16.4676-4680.1995 . ПМК 177232 . ПМИД 7642494 .
- ^ Такаянаги Ю, Танака К, Такахаши Х (июнь 1994 г.). «Структура 5'-вышестоящей области и регуляция гена rpoS Escherichia coli». Молекулярная и общая генетика . 243 (5): 525–31. дои : 10.1007/bf00284200 . ПМИД 8208244 . S2CID 21954728 .
- ^ Репоила Ф., Мадждалани Н., Готтесман С. (май 2003 г.). «Маленькие некодирующие РНК – координаторы адаптационных процессов у Escherichia coli: парадигма RpoS» . Молекулярная микробиология . 48 (4): 855–61. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03454.x . ПМИД 12753181 .
- ^ Jump up to: а б Следьески Д.Д., Гупта А., Готтесман С. (август 1996 г.). «Малая РНК, DsrA, необходима для низкотемпературной экспрессии RpoS во время экспоненциального роста Escherichia coli» . Журнал ЭМБО . 15 (15): 3993–4000. дои : 10.1002/j.1460-2075.1996.tb00773.x . ПМЦ 452119 . ПМИД 8670904 .
- ^ Алтувиа С., Вайнштейн-Фишер Д., Чжан А., Постоу Л., Шторц Г. (июль 1997 г.). «Маленькая стабильная РНК, индуцированная окислительным стрессом: роль плейотропного регулятора и антимутатора» . Клетка . 90 (1): 43–53. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80312-8 . ПМИД 9230301 .
- ^ Браун Л., Эллиот Т. (июль 1996 г.). «Для эффективной трансляции сигма-фактора RpoS в Salmonella typhimurium требуется фактор хозяина I, РНК-связывающий белок, кодируемый геном hfq» . Журнал бактериологии . 178 (13): 3763–70. дои : 10.1128/jb.178.13.3763-3770.1996 . ПМК 232634 . ПМИД 8682778 .
- ^ Ти Бах Нгуен Х., Ромеро А.Д., Амман Ф., Зоргер-Доменигг Т., Тата М., Зоннляйтнер Э., Блази У. (октябрь 2018 г.). «Псевдомонас аэругиноза» . Границы микробиологии . 9 : 2488. дои : 10.3389/fmicb.2018.02488 . ПМК 6215814 . ПМИД 30420839 .
- ^ Демпл Б., Хэлбрук Дж., Линн С. (февраль 1983 г.). «Мутанты Escherichia coli xth сверхчувствительны к перекиси водорода» . Журнал бактериологии . 153 (2): 1079–82. дои : 10.1128/JB.153.2.1079-1082.1983 . ПМК 221738 . ПМИД 6337115 .
- ^ Шеллхорн Х.Э., Стоунз В.Л. (июль 1992 г.). «Регуляция katF и katE в Escherichia coli K-12 слабыми кислотами» . Журнал бактериологии . 174 (14): 4769–76. дои : 10.1128/jb.174.14.4769-4776.1992 . ПМК 206274 . ПМИД 1385595 .
- ^ Каасен И., Фалькенберг П., Стирвольд О.Б., Стрём А.Р. (февраль 1992 г.). «Молекулярное клонирование и физическое картирование генов otsBA, которые кодируют осморегуляторный трегалозный путь Escherichia coli: свидетельства того, что транскрипция активируется katF (AppR)» . Журнал бактериологии . 174 (3): 889–98. дои : 10.1128/jb.174.3.889-898.1992 . ПМК 206167 . ПМИД 1310094 .
- ^ Беккер-Хапак М., Эйзенстарк А. (декабрь 1995 г.). «Роль rpoS в регуляции глутатионоксидоредуктазы (gor) в Escherichia coli» . Письма FEMS по микробиологии . 134 (1): 39–44. дои : 10.1111/j.1574-6968.1995.tb07911.x . ПМИД 8593953 .
- ^ Jump up to: а б Юнг Ю., Гутьеррес К., Мартин Ф., Ардурел М., Вильяредхо М. (июнь 1990 г.). «Транкрипция osmB, гена, кодирующего липопротеин Escherichia coli, регулируется двойными сигналами. Осмотический стресс и стационарная фаза» . Журнал биологической химии . 265 (18): 10574–81. дои : 10.1016/S0021-9258(18)86985-X . ПМИД 1693921 .
- ^ Хенгге-Аронис Р. (сентябрь 2002 г.). «Передача сигнала и регуляторные механизмы, участвующие в контроле субъединицы сигма (S) (RpoS) РНК-полимеразы» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 66 (3): 373–95, оглавление. дои : 10.1128/ммбр.66.3.373-395.2002 . ПМК 120795 . ПМИД 12208995 .
- ^ Гулиг П.А., Данбара Х., Гини Д.Г., Лакс А.Дж., Норел Ф., Рен М. (март 1993 г.). «Молекулярный анализ генов вирулентности spv плазмид вирулентности сальмонелл» . Молекулярная микробиология . 7 (6): 825–30. дои : 10.1111/j.1365-2958.1993.tb01172.x . ПМИД 8483415 . S2CID 43003098 .
- ^ Епископ Р.Э., Лескив Б.К., Ходжес Р.С., Кей К.М., Вайнер Дж.Х. (июль 1998 г.). «Энтерицидовый локус Escherichia coli и его значение для запрограммированной гибели бактериальных клеток» . Журнал молекулярной биологии . 280 (4): 583–96. дои : 10.1006/jmbi.1998.1894 . ПМИД 9677290 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Демпл Б., Халбреок Дж., Линн С. (1983). «Мутанты эшерихии спиральной xth сверхчувствительны к перекиси водорода» . Дж. Бактериол . 153 (2): 1079–1082. дои : 10.1128/JB.153.2.1079-1082.1983 . ПМК 221738 . ПМИД 6337115 .
- Хенгге-Аронис Р., Кляйн В., Ланге Р., Риммеле М., Боос В. (декабрь 1991 г.). «Гены синтеза трегалозы контролируются предполагаемым сигма-фактором, кодируемым rpoS, и участвуют в термотолерантности в стационарной фазе у Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 173 (24): 7918–24. дои : 10.1128/jb.173.24.7918-7924.1991 . ПМК 212585 . ПМИД 1744047 .