QrrРНК
| Регуляторная РНК кворума | |
|---|---|
 | |
| Идентификаторы | |
| Символ | Крр |
| Альт. Символы | Qrr1–5 |
| Рфам | RF00378 |
| Другие данные | |
| РНК Тип | мРНК |
| Домен(ы) | Вибрион |
| PDB Структуры | ПДБе |
Введение
[ редактировать ]Qrr кворума (регуляторная РНК ) [ 1 ] представляет собой небольшую некодирующую РНК , которая, как полагают, участвует в регуляции ощущения кворума у Vibrio видов . Использование малых РНК для жизненно важных функций, таких как обмен веществ, инфекционный цикл и реакция на стресс, широко распространено среди бактерий. [ 2 ] Qrr действует как часть петли отрицательной обратной связи , которая регулирует сдвиг состояния клеток от состояния популяций с низкой плотностью к состоянию популяций с высокой плотностью. [ 3 ] Эта система обратной связи позволяет быстро реагировать на изменения плотности популяционных клеток, устраняя производство энергозатратных молекул. [ 4 ] Считается, что эти РНК, управляемые белком , могут Hfq главных регуляторов кворума LuxR/HapR/VanT опосредовать дестабилизацию мРНК . [ 2 ] [ 5 ] Эта группа некодирующих РНК представляет собой транс-действующие малые РНК (мРНК), которые связываются посредством спаривания оснований с нетранскрибируемым доменом своей мРНК- мишени. Это связывание приводит к деградации или стабилизации, определяя их трансляционную судьбу. [ 6 ]
Характеристики Qrr РНК
[ редактировать ]Гены, экспрессия и механизм
[ редактировать ]имеется 5 различных qrr генов У V. harveyi (Qrr1–5) ; из них qrr2 , 3 и 4 активируются LuxR. [ 5 ] Другие виды вибрионов содержат различное количество этих генов с перекрывающимися функциями и продвижением. [ 6 ] Каждая из этих Qrr РНК экспрессируется в разное время, уровень которой колеблется. [ 7 ] Каждый ген экспрессируется индивидуально в зависимости от условий роста, а их экспрессию контролируют уникальные факторы и регуляторы. [ 6 ] Например, LuxT транскрипционно репрессирует qrr1 , но не регулирует другие гены qrr . [ 8 ] Гены экспрессируются в следующем порядке: Qrr5, Qrr1, Qrr3, Qrr2, Qrr4. [ 8 ]
У Vibrio установлено ровно 20 мРНК-мишеней РНК . [ 7 ] четыре стратегии регуляции посредством уникальных взаимодействий спаривания оснований с мишенями мРНК: секвестрация luxO, сопряженная деградация luxM, раскрытие RBS aphA и каталитическая деградация luxR. Эти молекулы используют [ 7 ] Каждая Qrr РНК содержит специфические области связывания, позволяющие различать разные мишени мРНК. [ 9 ] Трансляция AphA усиливается в условиях низкой плотности клеток, тогда как LuxR ингибируется в условиях высокой плотности клеток. [ 6 ] Qrr2 Было обнаружено, что уникален тем, что имеет два промотора и используется другими видами, помимо вибрионов. [ 6 ] Уникальный тип регуляции с помощью Qrr РНК, вероятно, создает паттерны экспрессии, которые не могут быть получены с помощью белковых транскрипционных факторов. [ 4 ]
Белок Hfq служит посредником между каждой qrr РНК и их соответствующими мишенями мРНК. [ 7 ] Он также защищает нестабильные молекулы от свободной деградации под действием РНКазы. Обилие Hfq ограничивает связывание qrr РНК, поскольку отдельные РНК конкурируют за его защитное поведение. [ 7 ]
Структура и эволюция
[ редактировать ]Qrr РНК были впервые идентифицированы в 2004 году при биоинформатическом скрининге нескольких видов вибрионов . [ 1 ] Считается, что часть структуры РНК «стебель-петля» была неотъемлемой частью ее первичных функций, а другие функции возникли в результате мутаций последовательности. [ 10 ] Молекула состоит из четырех стволовых петель (петли видны на изображении «Регуляторная РНК кворума»): две стволовые петли действуют путем спаривания оснований с мишенями мРНК, вторая также изолирует структуру от деградации, опосредованной РНКазой Е, третья способствует стабилизирует спаривание оснований, а четвертый используется как терминатор. [ 4 ]
Гены qrr имеют сходство последовательностей на 80%, что позволяет предположить наличие аналогичных вторичных структур . [ 2 ] В случае дефицита одной РНК Qrr активность других генов активируется, чтобы компенсировать потерю, но они также могут выполнять независимые функции. [ 2 ] За регулировку экспрессии отвечают две известные петли обратной связи: петли обратной связи HapR-Qrr и LuxO-Qrr. [ 2 ] Эта функциональная двойственность придает пластичность бактериям, обладающим этими генами, позволяя им соответствующим образом реагировать на условия окружающей среды и сообщества. [ 8 ]
Приложения и примеры
[ редактировать ]
Определение кворума для биолюминесценции у V. harveyi
[ редактировать ]Были обнаружены подробные механизмы механизма использования Qrr РНК у V. harveyi для явления биолюминесценции . три аутоиндуктора (АИ): АИ-1, ЛюксС и САИ-1. Этот вид производит [ 8 ] LuxN, LuxPq и CqsS распознают эти AI соответственно. При низкой плотности клеток вырабатывается мало AI, что приводит к фосфорилированию LuxO вместе с сигма-фактором 54, активирующим экспрессию qrr1-5 . [ 8 ] Сайты связывания этих двух регуляторов находятся выше каждого qrr. [ 8 ] Пост-транскрипционно РНК Qrr способствуют экспрессии главного регулятора aphA с низкой плотностью клеток и подавляют экспрессию главного регулятора luxR с высокой плотностью клеток. Их экспрессия также ингибирует экспрессию оперона люциферазы , что обеспечивает люминесценцию V. harveyi. [ 8 ] Противоположное явление происходит при высокой плотности клеток, с высокой экспрессией AI и последующим изменением уровней экспрессии aphA и luxR . Экспрессируется оперон люциферазы, и возникает люминесценция для клеточной коммуникации. [ 8 ] Ключом к этому механизму является фосфорилирование LuxO, а не обязательно экспрессия luxO . [ 8 ]
Другие функции
[ редактировать ]Новые qrr РНК также недавно были исследованы у видов, не относящихся к роду Vibrio . Одна такая РНК, AmiL, была идентифицирована у Pseudomonas aeruginosa . [ 11 ] Было обнаружено, что AmiL участвует в вирулентности P. aeruginosa, включая цитотоксичность млекопитающих, образование биопленок и подвижность. [ 11 ] Эта РНК участвует в более широкой сети восприятия кворума, которая еще предстоит выяснить.
Были идентифицированы еще 16 мишеней Qrr РНК за пределами регуляторных сетей, чувствительных к кворуму. [ 4 ] , контролируемые с помощью чувства кворума Среди них есть определенные факторы вирулентности , и рецепторы хемотаксиса , которые, как считалось ранее, регулируются только факторами транскрипции белка. Поскольку производство этих факторов обременяет клетку, быстрая регуляция ответа, обеспечиваемая Qrr РНК, может быть полезной для энергосберегающей репрессии. [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ленц, Д.Х.; Мок К.Ц.; Лилли Б.Н.; Кулкарни Р.В.; Вингрин Н.С.; Басслер Б.Л. (2004). «Малый РНК-шаперон Hfq и множественные малые РНК контролируют ощущение кворума у Vibrio harveyi и Vibrio cholerae» . Клетка . 118 (1): 69–82. дои : 10.1016/j.cell.2004.06.009 . ПМИД 15242645 .
- ^ Jump up to: а б с д и Свеннингсен С.Л., Ту К.К., Басслер Б.Л. (2009). «Компенсация дозы генов калибрует четыре регуляторные РНК для контроля ощущения кворума Vibrio cholerae» . ЭМБО Дж . 28 (4): 429–439. дои : 10.1038/emboj.2008.300 . ПМЦ 2632942 . ПМИД 19165149 .
- ^ Ту К.С., Лонг Т., Свеннингсен С.Л., Вингрин Н.С., Басслер Б.Л. (2010). «Пети отрицательной обратной связи, включающие малые регуляторные РНК, точно контролируют реакцию восприятия кворума Vibrio harveyi» . Мол Клетка . 37 (4): 567–579. doi : 10.1016/j.molcel.2010.01.022 . ПМК 2844700 . ПМИД 20188674 .
- ^ Jump up to: а б с д и Шао, Йи; Фэн, Лихуэй; Резерфорд, Стивен Т; Папенфорт, Кай; Басслер, Бонни Л. (9 июля 2013 г.). «Функциональные детерминанты некодирующих РНК, чувствительных к кворуму, и их роль в целевой регуляции» . Журнал ЭМБО . 32 (15): 2158–2171. дои : 10.1038/emboj.2013.155 . ISSN 0261-4189 . ПМЦ 3730234 . ПМИД 23838640 .
- ^ Jump up to: а б Ту, К.; Уотерс, К.; Свеннингсен, С.; Басслер, Б. (ноябрь 2008 г.). «Петля отрицательной обратной связи, опосредованная малой РНК, контролирует динамику восприятия кворума у Vibrio harveyi» . Молекулярная микробиология . 70 (4): 896–907. дои : 10.1111/j.1365-2958.2008.06452.x . ISSN 0950-382X . ПМК 2680268 . ПМИД 18808382 .
- ^ Jump up to: а б с д и Таг, Дж.Г.; Хонг, Дж.; Калбурге, СС; Бойд, EF (18 января 2022 г.). О'Тул, Джордж (ред.). «Регуляторная малая РНК Qrr2 экспрессируется независимо от сигма-фактора-54 и может функционировать как единственная малая РНК Qrr для контроля чувства кворума у Vibrio parahaemolyticus» . Журнал бактериологии . 204 (1): e00350–21. дои : 10.1128/JB.00350-21 . ISSN 0021-9193 . ПМЦ 8765448 . ПМИД 34633869 .
- ^ Jump up to: а б с д и Фэн, Лихуэй; Резерфорд, Стивен Т.; Папенфорт, Кай; Багерт, Джон Д.; ван Кессель, Джулия К.; Тиррелл, Дэвид А.; Уингрин, Нед С.; Басслер, Бонни Л. (15 января 2015 г.). «Некодирующая Qrr РНК использует четыре различных регуляторных механизма для оптимизации динамики восприятия кворума» . Клетка . 160 (1): 228–240. дои : 10.1016/j.cell.2014.11.051 . ISSN 0092-8674 . ПМЦ 4313533 . ПМИД 25579683 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Эйкхофф, Микаэла Дж.; Фэй, Ченьи; Хуан, Сюлян; Басслер, Бонни Л. (01 апреля 2021 г.). «LuxT контролирует специфическое поведение, регулируемое ощущением кворума, у видов Vibrionaceae посредством репрессии qrr1, кодирующего небольшую регуляторную РНК» . ПЛОС Генетика . 17 (4): e1009336. дои : 10.1371/journal.pgen.1009336 . ISSN 1553-7404 . ПМК 8043402 . ПМИД 33793568 .
- ^ Шао, Йи; Басслер, Бонни Л. (февраль 2012 г.). «Некодирующие малые РНК, чувствительные к кворуму, используют уникальные парные области для дифференциального контроля мишеней мРНК» . Молекулярная микробиология . 83 (3): 599–611. дои : 10.1111/j.1365-2958.2011.07959.x . ISSN 1365-2958 . ПМК 3262071 . ПМИД 22229925 .
- ^ Датчер, Х. Огюст; Рагхаван, Рахул (6 апреля 2018 г.). Шторц, Гизела; Папенфорт, Кай (ред.). «Происхождение, эволюция и потеря бактериальных малых РНК» . Микробиологический спектр . 6 (2): 6.2.12. doi : 10.1128/microbiolspec.RWR-0004-2017 . ISSN 2165-0497 . ПМК 5890949 . ПМИД 29623872 .
- ^ Jump up to: а б Пу, Цзеин, Хэ, Цзянмин, Луо, Ли, Хунлинь, Лю, Цзяньпин, Лу, Ян, Чэнь; Ча (27 апреля 2022 г.), Филип Н. (ред.). «Малая РНК AmiL регулирует вирулентность, опосредованную ощущением кворума». Pseudomonas aeruginosa PAO1" . Микробиологический спектр . 10 (2): e02211–21. : 10.1128 /spectrum.02211-21 . ISSN 2165-0497 . PMC 9045362. . PMID 35262393 doi
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Шао, Ю; Басслер, Б.Л. (3 апреля 2014 г.). «Регуляторные малые РНК кворума подавляют секрецию типа VI у холерного вибриона» . Молекулярная микробиология . 92 (5): 921–930. дои : 10.1111/mmi.12599 . ПМК 4038675 . ПМИД 24698180 .
- Ту, Кимберли К. (15 января 2007 г.). «Множественные малые РНК действуют аддитивно, интегрируя сенсорную информацию и контролируя ощущение кворума у Vibrio harveyi» . Генс Дев . 21 (2): 221–233. дои : 10.1101/gad.1502407 . ПМК 1770904 . ПМИД 17234887 .
- Уотерс, Кристофер М. (1 октября 2006 г.). «Система определения кворума Vibrio harveyi использует общие регуляторные компоненты для различения нескольких аутоиндукторов» . Генс Дев . 20 (19): 2754–67. дои : 10.1101/gad.1466506 . ПМК 1578700 . ПМИД 17015436 . S2CID 6251192 .