Пятно 42 РНК
| Пятно 42 РНК | |
|---|---|
 Предсказанная вторичная структура и сохранение последовательности Spot_42 | |
| Идентификаторы | |
| Символ | Spot_42 |
| Альт. Символы | Спот42 |
| Рфам | RF00021 |
| Другие данные | |
| РНК Тип | Джин ; мРНК |
| Домен(ы) | Бактерии |
| ТАК | ТАК: 0000389 |
| PDB Структуры | ПДБе |
пятна 42 ( spf РНК ) представляет собой регуляторную некодирующую малую бактериальную РНК, spf (пятно сорок два) кодируемую геном . [ 1 ] Spf обнаружен у гаммапротеобактерий , а большая часть экспериментальных работ по Spot42 была проведена на Escherichia coli. [ 2 ] [ 3 ] и недавно у Aliivibrio Salmonicida . [ 4 ] В клетке Spot42 играет важную роль регулятора метаболизма и поглощения углеводов , а его экспрессия активируется глюкозой и ингибируется комплексом цАМФ - CRP . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
мРНК транскрибируется с отдельного промотора и связывается с мишенями информационной РНК посредством несовершенного спаривания оснований. Период полураспада Spot42 in vivo составляет от 12 до 13 минут при 37 °C. [ 5 ] При выращивании на среде с добавлением глюкозы каждая клетка содержит 100–200 копий Spot42. [ 7 ] Однако соответствующий уровень снижается в 3–4 раза при выращивании клеток в сукцинате или при цАМФ к клеткам, выращенным в глюкозе. добавлении [ 8 ]
Открытие
[ редактировать ]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 в процессе роста в присутствии глюкозы (т.е. при низком уровне аденозин-3',5'-циклического монофосфата (цАМФ). Было обнаружено, что 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 сверхэкспрессия Spot42 (увеличение примерно в 10 раз) приводит к нарушению роста и снижению способности адаптироваться к переходу на более богатую среду. [ 10 ] Кроме того, переход от глюкозы к сукцинату в качестве источника углерода привел к длительному лаг-периоду и медленной скорости роста. Было также заявлено, что причина аномальных ответов была вызвана повышенным количеством избыточных продуктов гена Spot42 РНК, а не избытком самого гена. Исследование делеции spf в клетках E. coli привело к появлению жизнеспособных нулевых мутантов spf, что указывает на то, что Spot42 не является существенным, по крайней мере, в контролируемых лабораторных условиях. [ 11 ]
Геномная локализация и естественное распространение
[ редактировать ]Естественное распространение гена spf ограничено 5 отрядами гаммапротеобактерий; Enterobacteriales, Aeromonadales, Vibrionales, Alteromonadales, Chromatiales. [ 12 ]
Энтеробактерии
[ редактировать ]Ген spf Shigella высококонсервативен Escherichia , . , Klebsiella , Salmonella , Yersinia родов семейства Enterobacteriaceae у [ 6 ] В E. coli ген spf фланкирован polA (выше) и yihA (ниже). [ 13 ] [ 14 ] Последовательность связывания CRP -10 и -35 и последовательности промоторов находятся выше spf .
Вибрионовые
[ редактировать ]Spf также высоко консервативен в семействе Vibrionaceae и недавно был идентифицирован во всех 76 доступных Vibrionaceae геномах (например, Vibrio , Aliivibrio , Photobacterium и Grimontia роды ). [ 4 ] Например, у Vibrio cholerae , Vibrio vulnificus , Aliivibrio fischeri и Aliivibrio Salmonicida ген spf фланкирован polA (выше по ходу транскрипции) и геном мРНК, кодирующим новую VSsRNA24 (вниз по ходу транскрипции).
Биологическая функция и конкретные цели
[ редактировать ]В течение нескольких лет было неясно, опосредована ли функция Spot 42 из 109 нуклеотидов самой РНК или эта функция опосредована из 14 аминокислот длиной пептидом , который гипотетически кодируется внутри последовательности мРНК. Это было основано на наблюдении, что Spot42 содержит структурные особенности, сходные с другими некодирующими РНК, обнаруженными в E. coli (такими как 6S РНК и лямбда-бактериофаг), а также особенности, которые обычно обнаруживаются в мРНК (т.е. полипуриновая последовательность, за которой следует AUG, 14 аминокислот и терминатор UGA). [ 1 ] Использование анализа связывания фильтра и других методов показало, что Spot 42 не является мРНК. сродство между Spot42 и рибосомой 70S . С помощью этого подхода проверялось [ 15 ] Здесь Spot 42 продемонстрировал очень неэффективное связывание с очищенными 70S рибосомами, что позволяет сделать вывод, что функция Spot 42 опосредована самой РНК. Беккедал и Хауген создали консенсусную вторичную структуру Spot42 на основе всех известных на тот момент последовательностей «spf» (2015 г.) и обнаружили, что ген Spot42 высококонсервативен в пяти порядках, которые он идентифицирован. [ 12 ] Вторичная структура имеет высококонсервативные положения нуклеотидов, которые потенциально могут участвовать в связывании с известными мишенями мРНК.
Биологическая функция Spot42 в Escherichia coli
[ редактировать ]В E. coli Spot 42 накапливается во время роста в присутствии глюкозы (т.е. когда аденозин-3',5'-циклический монофосфат ( цАМФ ) низкий). [ 7 ] Прямая реакция уровней Spot 42 на глюкозу и цАМФ обусловлена репрессией экспрессии spf комплексом цАМФ-CRP (белок цАМФ-рецептор). [ 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). Снижение Spot42 в клетках, выращенных во вторичных источниках углерода, является результатом связывания комплекса цАМФ-CRP с промотором spf, который негативно регулирует транскрипцию Spot42. Позже близость spf к polA (гену, кодирующему ДНК-полимеразу I ) побудила Полайса 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 изменения условий роста, активность ДНК pol A снижалась. Однако основной механизм этого наблюдения остается неизвестным.
Spot42 нацелен на Escherichia coli
[ редактировать ]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 комплементарной областью в трансляции области инициации galK (кодирует галактоиназу). [ 6 ] galK — третий ген оперона галактозы , который содержит четыре гена ( galETKM ) и продуцирует полицистронную мРНК. Пятно 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 координатной экспрессии неясно, но предполагается, что Spot 42 играет роль в точной настройке экспрессии генов для оптимизации использования источников углерода.
Бейзель и Шторц анализа и слияния репортеров продемонстрировали с помощью микроматричного , что Spot 42 играет более широкую роль в метаболизме , регулируя по меньшей мере 14 оперонов. [ 5 ] Эти опероны содержат ряд генов, участвующих в поглощении и катаболизме неблагоприятных источников углерода. Во время сверхэкспрессии Spot 42 в шестнадцати различных генах обнаруживаются двукратно повышенные уровни мРНК. Идентифицированные гены в основном участвуют в центральном и вторичном метаболизме, а также в поглощении и катаболизме непредпочтительных источников углерода и окислении НАДН.
Подход сравнительной геномики позволил расширить связь Spot 42 с циклом TCA Escherichia coli . [ 16 ] Помимо ранее сообщавшегося, целевой объект gltA, связанный с TCA [ 5 ] и icd , и sucC были предсказаны вычислительно и впоследствии экспериментально подтверждены как прямые цели Spot 42. Кроме того, этот подход обнаружил gdhA как прямую цель Spot42. gdhA кодирует глутаматдегидрогеназу и связывает цитратный цикл и азотистый метаболизм.
Биологическая функция и мишени РНК Spot42 у сальмонелл
[ редактировать ]Исследование, сочетающее в себе карту связывания белка Hfq по всему транскриптому со сравнительным предсказанием цели. [ 17 ] помог идентифицировать мРНК mglB (STM2190) как прямую мишень Spot42. [ 18 ]
Биологическая функция и мишени РНК Spot42 у A. Salmonicida
[ редактировать ]Наблюдение того, что A. Salmonicida содержит ген spf (который кодирует Spot 42), но не имеет оперона galK (естественная мишень Spot 42 в E. coli ), вдохновило ученых на изучение роли Spot 42 в этом патогене рыб . [ 4 ] A. Salmonicida не способна использовать галактозу (отсутствует оперон gal ) в минимальной среде, и добавление галактозы мало влияет на скорость роста. Когда клетки выращиваются 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, играет ту же роль, что и в E. coli (т.е. в метаболизме углеводов ). Было высказано предположение, что Spot 42 работает совместно с новым геном мРНК, называемым VSsrna24 , расположенным на 262 нт ниже spf . РНК VSsrna42 имеет длину примерно 60 нт и имеет характер экспрессии, противоположный таковому Spot42. Кроме того, у мутанта с делецией spf ген, кодирующий пирин -подобный белок, активировался в 16 раз. Пирин играет ключевую роль в центральном метаболизме, регулируя активность пируватдегидрогеназы E1 и, следовательно, определяет, ли пируват будет ферментироваться или проходить через дыхание через цикл ТСА и транспорт электронов .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Сааган Б.Г., Дальберг Дж.Э. (июль 1979 г.). «Маленькая нестабильная молекула РНК Escherichia coli: пятно 42 РНК. I. Анализ нуклеотидной последовательности». Дж. Мол. Биол . 131 (3): 573–592. дои : 10.1016/0022-2836(79)90008-1 . ПМИД 390161 .
- ^ Jump up to: а б Икемура, Точимичи; Дальберг (25 июля 1973 г.). «Малые рибонуклеиновые кислоты Escherichia coli. II. Некоординированное накопление при жестком контроле» . Журнал биологической химии . 248 (14): 5033–5041. дои : 10.1016/S0021-9258(19)43667-3 . ПМИД 4577762 .
- ^ Jump up to: а б Икемура, Т; Дальберг (25 июля 1973 г.). «Малые рибонуклеиновые кислоты Escherichia coli. I. Характеристика методом электрофореза в полиакриламидном геле и дактилоскопического анализа» . Журнал биологической химии . 248 (14): 5024–5032. дои : 10.1016/S0021-9258(19)43666-1 . ПМИД 4577761 .
- ^ Jump up to: а б с Хансен, Гейр; Ахмад (24 января 2012 г.). «Профилирование экспрессии показывает, что малая РНК Spot 42 является ключевым регулятором центрального метаболизма Aliivibrio Salmonicida» . БМК Геномика . 13:37 . дои : 10.1186/1471-2164-13-37 . ПМК 3295665 . ПМИД 22272603 .
- ^ Jump up to: а б с д Байзель К.Л., Шторц Г. (2011). «Спаривание оснований РНК Spot 42 участвует в многовыходном цикле прямой связи, помогая активировать катаболитную репрессию в Escherichia coli» . Мол Клетка . 41 (3): 286–297. doi : 10.1016/j.molcel.2010.12.027 . ПМК 3072601 . ПМИД 21292161 .
- ^ Jump up to: а б с Моллер, Т; Франч Т; Удесен С; Гердес К; Валентин-Хансен П. (2002). «РНК Spot 42 опосредует дискоординированную экспрессию галактозного оперона E. coli » . Генс Дев . 16 (13): 1696–1706. дои : 10.1101/gad.231702 . ЧВК 186370 . ПМИД 12101127 .
- ^ Jump up to: а б с д Сааган, Барбара; Дальберг (5 июля 1979 г.). «Маленькая нестабильная молекула РНК Escherichia coli: пятно 42 РНК. II. Накопление и распространение». Журнал молекулярной биологии . 131 (3): 593–605. дои : 10.1016/0022-2836(79)90009-3 . ПМИД 229230 .
- ^ Jump up to: а б с Полайес Д.А., Райс П.В., Гарнер М.М., Дальберг Дж.Э. (июль 1988 г.). «Циклический АМФ-белок-рецептор циклического АМФ как репрессор транскрипции гена spf Escherichia coli» . Дж. Бактериол . 170 (7): 3110–3114. дои : 10.1128/jb.170.7.3110-3114.1988 . ПМК 211256 . ПМИД 2454912 .
- ^ 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 .
- ^ Райс, П.В.; Дальберг (декабрь 1982 г.). «Ген между polA и glnA замедляет рост Escherichia coli, когда он присутствует в нескольких копиях: физиологические эффекты гена РНК пятна 42» . Журнал бактериологии . 152 (3): 1196–1210. дои : 10.1128/jb.152.3.1196-1210.1982 . ПМК 221627 . ПМИД 6183252 .
- ^ Хэтфул, подруга; Джойс (июнь 1986 г.). «Делекция гена spf (пятно 42 РНК) Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 166 (3): 746–750. дои : 10.1128/jb.166.3.746-750.1986 . ПМК 215189 . ПМИД 2940230 .
- ^ Jump up to: а б Беккедал, Сесилия; Хауген, Пейк (сентябрь 2015 г.). «РНК Spot 42: регуляторная малая РНК, играющая роль в центральном метаболизме» . Биология РНК . 12 (10): 1071–1077. дои : 10.1080/15476286.2015.1086867 . ПМЦ 4829326 . ПМИД 26327359 .
- ^ Jump up to: а б Полайс; Райс (май 1988 г.). «Активность ДНК-полимеразы I в Escherichia coli зависит от РНК пятна 42» . Журнал бактериологии . 170 (5): 2083–2088. дои : 10.1128/jb.170.5.2083-2088.1988 . ПМК 211090 . ПМИД 2452153 .
- ^ Джойс; Гриндли (декабрь 1982 г.). «Идентификация двух генов, расположенных непосредственно ниже гена polA Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 152 (3): 1211–1219. дои : 10.1128/jb.152.3.1211-1219.1982 . ПМК 221628 . ПМИД 6183253 .
- ^ 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 . ПМК 212481 . ПМИД 2440852 .
- ^ Райт П.Р., Рихтер А.С., Папенфорт К., Манн М., Фогель Дж., Хесс В.Р., Бакофен Р., Георг Дж. (2013). «Сравнительная геномика улучшает предсказание целей для бактериальных малых РНК» . Proc Natl Acad Sci США . 110 (37): Е3487–Е3496. Бибкод : 2013PNAS..110E3487W . дои : 10.1073/pnas.1303248110 . ПМЦ 3773804 . ПМИД 23980183 .
- ^ Райт П.Р., Георг Дж., Манн М., Сореску Д.А., Рихтер А.С., Лотт С., Кляйнкауф Р., Хесс В.Р., Бакофен Р. (2014). «КопраРНК и ИнтаРНК: прогнозирование малых мишеней, сетей и доменов взаимодействия РНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 42 (Веб-сервер): W119–23. дои : 10.1093/nar/gku359 . ПМК 4086077 . ПМИД 24838564 .
- ^ Холмквист Э., Райт П.Р., Ли Л., Бишлер Т., Барквист Л., Рейнхардт Р., Бакофен Р., Фогель Дж. (2016). «Глобальные закономерности распознавания РНК посттранскрипционных регуляторов Hfq и CsrA, выявленные с помощью УФ-сшивки in vivo» . ЭМБО Дж . 35 (9): 991–1011. дои : 10.15252/embj.201593360 . ПМК 5207318 . ПМИД 27044921 .