Qrr РНК
Биологическая молекула
РНК-семейство
Кворум-регуляторная РНК
Идентификаторы
СимволQrr
Альтернативные символыQrr1–5
РфамРФ00378
Другие данные
Тип РНКмРНК
ДоменыВибрион
Структуры PDBПДБе

Введение

Qrr (Quorum Regulation RNA ) [1] — это небольшая некодирующая РНК , которая, как полагают, участвует в регуляции кворум-сенсорики у видов Vibrio . Использование малых РНК для жизненно важных функций, таких как метаболизм, инфекционный цикл и реакция на стресс, повсеместно распространено среди бактерий. [2] Qrr действует как часть 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 клеток популяции, устраняя производство энергозатратных молекул. [4] Считается, что эти РНК, направляемые белком Hfq , могут опосредовать дестабилизацию главных регуляторов кворум-сенсорики LuxR/HapR/VanT мРНК . [2] [5] Эта группа некодирующих РНК представляет собой транс-действующие малые РНК (мРНК), которые связываются посредством спаривания оснований с нетранскрибируемым доменом своих мРНК- мишеней. Это связывание приводит к деградации или стабилизации, определяя их трансляционную судьбу. [6]

Характеристики РНК Qrr

Гены, экспрессия и механизм

В V. harveyi имеется 5 различных генов qrr (Qrr1–5) ; из них qrr2 , 3 и 4 активируются LuxR. [5] Другие виды Vibrio содержат различное количество этих генов с перекрывающимися функциями и продвижением. [6] Каждая из этих РНК Qrr экспрессируется в разное время, колеблясь по уровню. [7] Каждый ген экспрессируется индивидуально в зависимости от условий роста, с уникальными факторами и регуляторами, контролирующими их соответствующую экспрессию. [6] Например, LuxT транскрипционно репрессирует qrr1 , но не регулирует другие гены qrr . [8] Гены экспрессируются в следующем порядке от низшего к высшему: Qrr5, Qrr1, Qrr3, Qrr2, Qrr4. [8]

Механизмы действия комплекса Qrr РНК-Hfq на мишени мРНК.

В V ibrio было установлено ровно 20 мРНК-мишеней РНК . [7] Эти молекулы используют четыре стратегии регуляции посредством уникальных взаимодействий пар оснований с мРНК-мишенями: секвестрация для luxO, сопряженная деградация для luxM, раскрытие RBS aphA и каталитическая деградация для luxR. [7] Каждая РНК Qrr содержит специфические области связывания для дифференциации различных мРНК-мишеней. [9] Трансляция AphA усиливается в условиях низкой плотности клеток, тогда как LuxR ингибируется в условиях высокой плотности клеток. [6] Было обнаружено, что Qrr2 уникален тем, что обладает двумя промоторами и используется другими видами в дополнение к Vibrio. [6] Уникальный тип регуляции РНК Qrr, вероятно, создает паттерны экспрессии, которые не могут быть получены с помощью факторов транскрипции белков. [4]

Белок Hfq служит посредником между каждой qrr РНК и их соответствующими мРНК-мишенями. [7] Он также защищает нестабильные молекулы от свободного разрушения РНКазой. Изобилие Hfq ограничивает связывание qrr РНК, поскольку отдельные РНК конкурируют за его защитное поведение. [7]

Структура и эволюция

Qrr РНК были впервые идентифицированы в 2004 году в ходе биоинформатического скрининга нескольких видов Vibrio . [1] Считается, что часть стебель-петля структуры РНК была неотъемлемой частью ее изначальных функций, а другие функции были результатом мутаций последовательности. [10] Молекула состоит из четырех стебель-петлей (петли видны на изображении «Quorum regulator RNA»): две стебель-петли работают путем спаривания оснований с мишенями мРНК, вторая также изолирует структуру от деградации, опосредованной РНКазой E, третья помогает стабилизировать спаривание оснований, а четвертая используется в качестве терминатора. [4]

Гены qrr имеют 80% сходства последовательностей, с предсказаниями аналогичных вторичных структур . [2] В случае дефицита одной РНК Qrr, другие гены активируются, чтобы компенсировать потерю, но также могут иметь независимые функции. [2] Две известные петли обратной связи отвечают за корректировку экспрессии: петли обратной связи HapR-Qrr и LuxO-Qrr. [2] Эта функциональная двойственность придает пластичность бактериям, обладающим этими генами, позволяя им реагировать соответствующим образом на условия окружающей среды и сообщества. [8]

Приложения и примеры

Модель Quorum Sensing у V. harveyi A) низкая плотность клеток B) высокая плотность клеток

Кворум-сенсорика для биолюминесценции вВ. харвейи

Были раскрыты подробные механистические пути того, как Qrr РНК используется в V. harveyi для феномена биолюминесценции . Этот вид производит три аутоиндуктора (AI): AI-1, LuxS и CAI-1. [8] LuxN, LuxPq и CqsS распознают эти AI соответственно. Мало AI производится, когда плотность клеток низкая, что приводит к фосфорилированному LuxO вместе с сигма-фактором 54, активирующим экспрессию qrr1-5 . [8] Сайты связывания для этих двух регуляторов находятся выше каждого qrr. [8] Посттранскрипционно Qrr РНК способствуют экспрессии главного регулятора низкой плотности клеток aphA и подавляют экспрессию главного регулятора высокой плотности клеток luxR. Их экспрессия также ингибирует экспрессию оперона люциферазы , что обеспечивает люминесцентный выход для V. harveyi. [8] Противоположное явление происходит при высокой плотности клеток, с высокой экспрессией AI и последующим изменением уровней экспрессии aphA и luxR . Оперон люциферазы экспрессируется, и для клеточной коммуникации происходит люминесценция. [8] Ключевым для этого механизма является фосфорилирование LuxO, а не обязательно экспрессия luxO . [8]

Другие функции

Недавно были также исследованы новые qrr РНК у видов, не относящихся к роду Vibrio . Одна из таких РНК, AmiL, была идентифицирована у Pseudomonas aeruginosa . [11] Было обнаружено, что AmiL участвует в вирулентности P. aeruginosa, включая цитотоксичность млекопитающих, образование биопленки и подвижность. [11] Эта РНК играет роль в более крупной сети кворумного восприятия, которая еще не выяснена.

Были идентифицированы еще 16 мишеней Qrr РНК за пределами регуляторных сетей кворум-сенсинга. [4] Среди них есть определенные факторы вирулентности , контролируемые кворум-сенсингом, и рецепторы хемотаксиса , которые ранее считались регулируемыми только факторами транскрипции белков. Поскольку производство этих факторов нагружает клетку, быстрая регуляция ответа, обеспечиваемая Qrr РНК, может быть выгодной для энергосберегающей репрессии. [4]

Ссылки

  1. ^ ab Lenz, DH; Mok KC; Lilley BN; Kulkarni RV; Wingreen NS; Bassler BL (2004). «Малый РНК-шаперон Hfq и несколько малых РНК контролируют кворум-сенсорику у Vibrio harveyi и Vibrio cholerae». Cell . 118 (1): 69– 82. doi : 10.1016/j.cell.2004.06.009 . PMID  15242645.
  2. ^ abcde Svenningsen SL, Tu KC, Bassler BL (2009). «Компенсация дозировки гена калибрует четыре регуляторные РНК для управления чувством кворума Vibrio cholerae». EMBO J. 28 ( 4): 429– 439. doi :10.1038/emboj.2008.300. PMC 2632942. PMID  19165149 . 
  3. ^ Tu KC, Long T, Svenningsen SL, Wingreen NS, Bassler BL (2010). «Петли отрицательной обратной связи, включающие малые регуляторные РНК, точно контролируют реакцию восприятия кворума у ​​Vibrio harveyi». Mol Cell . 37 (4): 567– 579. doi :10.1016/j.molcel.2010.01.022. PMC 2844700. PMID  20188674 . 
  4. ^ abcde Шао, Йи; Фэн, Лихуэй; Резерфорд, Стивен Т; Папенфорт, Кай; Басслер, Бонни Л (2013-07-09). «Функциональные детерминанты некодирующих РНК, чувствительных к кворуму, и их роль в регуляции цели». Журнал EMBO . 32 (15): 2158– 2171. doi :10.1038/emboj.2013.155. ISSN  0261-4189. PMC 3730234. PMID 23838640  . 
  5. ^ ab Tu, K.; Waters, C.; Svenningsen, S.; Bassler, B. (ноябрь 2008 г.). «Петля отрицательной обратной связи, опосредованная малыми РНК, контролирует динамику восприятия кворума у ​​Vibrio harveyi». Молекулярная микробиология . 70 (4): 896– 907. doi :10.1111/j.1365-2958.2008.06452.x. ISSN  0950-382X. PMC 2680268. PMID 18808382  . 
  6. ^ abcde Tague, JG; Hong, J.; Kalburge, SS; Boyd, EF (2022-01-18). O'Toole, George (ред.). «Регуляторная малая РНК Qrr2 экспрессируется независимо от сигма-фактора-54 и может функционировать как единственная малая РНК Qrr для контроля восприятия кворума у ​​Vibrio parahaemolyticus». Журнал бактериологии . 204 (1): e00350–21. doi :10.1128/JB.00350-21. ISSN  0021-9193. PMC 8765448. PMID  34633869 . 
  7. ^ abcde Feng, Lihui; Rutherford, Steven T.; Papenfort, Kai; Bagert, John D.; van Kessel, Julia C.; Tirrell, David A.; Wingreen, Ned S.; Bassler, Bonnie L. (2015-01-15). "Некодирующая РНК Qrr использует четыре различных регуляторных механизма для оптимизации динамики восприятия кворума". Cell . 160 (1): 228– 240. doi :10.1016/j.cell.2014.11.051. ISSN  0092-8674. PMC 4313533 . PMID  25579683. 
  8. ^ abcdefghi Eickhoff, Michaela J.; Fei, Chenyi; Huang, Xiuliang; Bassler, Bonnie L. (2021-04-01). "LuxT контролирует специфическое поведение, регулируемое чувством кворума, у Vibrionaceae spp. посредством репрессии qrr1, кодирующего малую регуляторную РНК". PLOS Genetics . 17 (4): e1009336. doi : 10.1371/journal.pgen.1009336 . ISSN  1553-7404. PMC 8043402 . PMID  33793568. 
  9. ^ Шао, Йи; Басслер, Бонни Л. (февраль 2012 г.). «Некодирующие малые РНК, чувствительные к кворуму, используют уникальные области спаривания для дифференциального контроля мишеней мРНК». Молекулярная микробиология . 83 (3): 599– 611. doi :10.1111/j.1365-2958.2011.07959.x. ISSN  1365-2958. PMC 3262071. PMID 22229925  . 
  10. ^ Датчер, Х. Огюст; Рагхаван, Рахул (2018-04-06). Шторц, Гизела; Папенфорт, Кай (ред.). «Происхождение, эволюция и потеря бактериальных малых РНК». Microbiology Spectrum . 6 (2): 6.2.12. doi :10.1128/microbiolspec.RWR-0004-2017. ISSN  2165-0497. PMC 5890949. PMID 29623872  . 
  11. ^ аб Пу, Цзеин; Чжан, Шебин; Он, Си; Цзэн, Цзяньмин; Шен, Конг; Ло, Янфэнь; Ли, Хунлинь; Лонг, Ифэй; Лю, Цзяньпин; Сяо, Цянь; Лу, Ян; Хуан, Бин; Чен, Ча (27 апреля 2022 г.). Скорее, Филип Н. (ред.). «Малая РНК AmiL регулирует вирулентность, опосредованную ощущением кворума, в Pseudomonas aeruginosa PAO1». Микробиологический спектр . 10 (2): e02211–21. дои : 10.1128/spectrum.02211-21. ISSN  2165-0497. ПМК 9045362 . ПМИД  35262393. 

Дальнейшее чтение

  • Shao, Y; Bassler, BL (3 апреля 2014 г.). «Quorum regulator small RNAs repress type VI secretion in Vibrio cholerae». Молекулярная микробиология . 92 (5): 921–930 . doi :10.1111/mmi.12599. PMC 4038675.  PMID 24698180  .
  • Tu, Kimberly C. (15 января 2007 г.). «Множественные малые РНК действуют аддитивно, интегрируя сенсорную информацию и контролируя восприятие кворума у ​​Vibrio harveyi». Genes Dev . 21 (2): 221– 233. doi :10.1101/gad.1502407. PMC 1770904.  PMID 17234887  .
  • Уотерс, Кристофер М. (1 октября 2006 г.). «Система определения кворума Vibrio harveyi использует общие регуляторные компоненты для различения нескольких аутоиндукторов». Genes Dev . 20 (19): 2754– 67. doi : 10.1101 /gad.1466506 . PMC  1578700. PMID  17015436. S2CID  6251192.
  • Страница для Qrr РНК в Rfam
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Qrr_RNA&oldid=1210928318"