рпоС
Ген

[1]


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 . [2] 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, а RpoS является основным регулятором генов стационарной фазы. RpoS является центральным регулятором общей реакции на стресс и действует как ретроактивным, так и проактивным образом: он не только позволяет клетке выживать в условиях окружающей среды, но и подготавливает клетку к последующим стрессам (перекрестная защита). [3] Регулятор транскрипции CsgD играет центральную роль в формировании биопленки , контролируя экспрессию структурных и экспортных белков курли , а также дигуанилатциклазы , adrA, которая косвенно активирует выработку целлюлозы. [4] Ген rpoS , скорее всего, произошел от гаммапротеобактерий . [3]

Экологический сигнал к активации: регуляция RpoS

Регуляторные механизмы, которые контролируют RpoS, существуют на различных уровнях организации генов и белков: транскрипции , трансляции , деградации и активности белков. Эти процессы происходят в ответ на стрессы, такие как ближнее УФ-излучение , кислота , температура или осмотический шок , окислительный стресс и лишение питательных веществ. Хотя в этих областях были идентифицированы многие ключевые регуляторные объекты, точные механизмы, с помощью которых они сигнализируют о транскрипции, трансляции, протеолизе или активности rpoS, остаются в значительной степени не охарактеризованными.

Транскрипционный контрольрпоС

Транскрипция rpoS в E. coli в основном регулируется хромосомным промотором rpoSp. [5] rpoSp способствует транскрипции мРНК rpoS и индуцируется при входе в стационарную фазу в клетках, растущих на богатых средах, посредством неизвестного механизма. [6] Фланговые rpoSp представляют собой два предполагаемых участка связывания цАМФ- CRP ( белок рецептора циклического АМФ-цАМФ ), которые, по-видимому, контролируют транскрипцию rpoS антагонистическим образом. Положение первого участка выше основного промотора rpoS соответствует «классическому активатору», аналогично обнаруженному в промоторе lac , тем самым предполагая, что его эффекты на транскрипцию являются активирующими (Lange и Hengge-Aronis, 1994); напротив, расположение второго участка цАМФ-CRP указывает на ингибирующее действие. В экспоненциальной фазе мутанты crp демонстрируют высокие уровни экспрессии rpoS , предполагая, что цАМФ-CRP ингибирует транскрипцию rpoS . С другой стороны, при вступлении в стационарную фазу цАМФ-СРБ может повышать регуляцию транскрипции rpoS (Hengge-Aronis, 2002). Хотя эти наблюдения могут объяснить, по-видимому, двойственную природу участков связывания цАМФ-СРБ, они требуют объяснения фазозависимого выбора активации участка цАМФ-СРБ, чтобы полностью объяснить противоречивые данные. Дополнительные регуляторные элементы для транскрипции rpoS включают: BarA, сенсорную киназу гистидина , которая может активировать OmpR и тем самым способствовать синтезу порина; уровни малых молекул, таких как ppGppp , которые могут препятствовать удлинению транскрипции или стабильности в ответ на ограничение аминокислот или голодание углерода, азота или фосфора (Gentry et al. , 1993). [ необходима цитата ] Несмотря на многочисленные элементы управления транскрипцией rpoS , клеточные уровни мРНК rpoS остаются высокими во время экспоненциальной фазы, и большинство внеклеточных стимулов не оказывают существенного влияния на транскрипцию rpoS .

Трансляционный контрольрпоС

Большая часть экспрессии RpoS определяется на уровне трансляции. [7] sRNA (малые некодирующие РНК ) ощущают изменения окружающей среды и, в свою очередь, увеличивают трансляцию мРНК rpoS , позволяя клетке соответствующим образом приспосабливаться к внешнему стрессу. Промотор 85-нуклеотидной sRNA DsrA содержит термоконтроль инициации транскрипции, чувствительный к температуре, поскольку он подавляется при высоких (42˚C) температурах, но индуцирует (возможно, путем комплементарного связывания) rpoS при низких (25˚C) температурах. [8] Другая sRNA, RprA , стимулирует трансляцию rpoS в ответ на стресс клеточной поверхности, сигнализируемый через сенсорную киназу RcsC . [8] Третий тип sRNA, OxyS, регулируется OxyR, основным сенсором окислительного шока. [9] Механизм, с помощью которого OxyS влияет на эффективность трансляции мРНК rpoS , неизвестен. Однако в этом процессе участвует РНК-связывающий белок Hfq . [10] Hfq связывается с мРНК rpoS in vitro и может тем самым модифицировать структуру мРНК rpoS для оптимальной трансляции. Hfq активирует как DsrA, так и RprA. Напротив, LeuO ингибирует трансляцию rpoS , подавляя экспрессию dsrA , а гистоноподобный белок HN-S (и его паралог StpA) ингибирует трансляцию rpoS через неизвестный механизм. 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 человека Pseudomonas aeruginosa sRNA ReaL трансляционно подавляет мРНК rpoS. [11]

Деградация RpoS

Протеолиз RpoS формирует другой уровень регуляции сигма-фактора. Деградация происходит через ClpXP, бочкообразную протеазу, состоящую из двух шестисубъединичных колец АТФ-зависимого шаперона ClpX, которые окружают два семисубъединичных кольца ClpP (Repoila et al. , 2003). Регулятор ответа RssB был идентифицирован как σS-специфический фактор распознавания, имеющий решающее значение для деградации RpoS. Дополнительные факторы, которые, как известно, регулируют протеолиз RpoS, но через не полностью охарактеризованные механизмы, 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; и ацетилфосфат влияет на протеолиз RpoS, возможно, действуя как донор фосфорила для RssB.

Регулон RpoS

В соответствии со своей ролью главного регулятора 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 .

Устойчивость к стрессу

Многие гены под контролем RpoS обеспечивают устойчивость к стрессу при таких воздействиях, как повреждение ДНК , наличие активных форм кислорода и осмотический шок . Продукт xthA — экзонуклеаза, которая участвует в восстановлении ДНК, распознавая и удаляя 5'-монофосфаты вблизи абазических участков в поврежденной ДНК. [12] Аналогичным образом, каталазы HPI и HPII, кодируемые katG и katE, преобразуют вредные молекулы перекиси водорода в воду и кислород. [13] Продукт гена otsBA трегалоза функционирует как осмопротектор и необходим для устойчивости к высыханию. [14] Дополнительные факторы, зависящие от RpoS, участвующие в окислительном стрессе, включают глутатионредуктазу (кодируемую gor ) и супероксиддисмутазу (кодируемую sodC ). [15]

Также было обнаружено, используя сравнительный протеомный анализ с B. pseudomallei , что rpoS регулирует восемь окислительно-чувствительных белков, включая ScoA (субъединицу SCOT), ранее не известную для участия в реакции на окислительный стресс. Регуляторный эффект в этом случае заключается в подавлении RpoS экспрессии SCOT в ответ на окислительный стресс в B. pseudomallei . [16]

Морфология

RpoS-зависимые гены, участвующие в изменениях проницаемости клеточной мембраны и общей морфологии клетки, в основном принадлежат к семейству генов osm . osmB кодирует липопротеин внешней мембраны, который может играть роль в агрегации клеток (Jung et al. , 1990), [16] тогда как osmY кодирует периплазматический белок. Дополнительные RpoS-зависимые факторы, которые определяют размер и форму клетки, включают морфоген bolA и продукты оперона ftsQAZ , которые играют роль в сроках деления клетки. [5] Контроль формы клетки, деления клетки и взаимодействия клетка-клетка, вероятно, важен для ингибирования пролиферации клеток и, таким образом, распределения ресурсов для выживания клетки в периоды стресса.

Метаболизм

Метаболически оптимальные условия выживания включают RpoS-зависимое снижение активности цикла Кребса и повышенную гликолитическую активность для ограничения реактивных форм кислорода, которые являются побочными продуктами в результате основных клеточных процессов. Поступление пирувата в цикл Кребса ингибируется продуктом RpoS-зависимого гена poxB . Общее замедление метаболической активности согласуется с сохранением энергии и снижением роста в периоды стресса.

Вирулентность

В качестве защитного механизма среда хозяина враждебна к вторгающимся патогенам. Поэтому инфекция может быть стрессовым событием для патогенных бактерий, а контроль генов вирулентности может быть временно связан со временем заражения патогенами. [17] Открытие генов вирулентности, зависящих от RpoS, у сальмонеллы согласуется с RpoS как 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. [18]

Лизис

RpoS также играет важную роль в регуляции лизиса клеток. Вместе с OmpR он активирует локус энтерицидина ( ecnAB ), который кодирует токсин, вызывающий лизис. [19] Напротив, ssnA отрицательно контролируется RpoS, но также способствует лизису. Парадоксально, но лизис рассматривается как процесс выживания в определенных контекстах.

Ссылки

  1. ^ McCann MP, Kidwell JP, Matin A (июль 1991 г.). «Предполагаемый сигма-фактор KatF играет центральную роль в развитии общей резистентности, опосредованной голоданием, у Escherichia coli». Journal of Bacteriology . 173 (13): 4188– 4194. doi :10.1128/jb.173.13.4188-4194.1991. ISSN  0021-9193. PMC  208069 . PMID  2061293.
  2. ^ Ланге Р., Хенгге-Аронис Р. (январь 1991 г.). «Идентификация центрального регулятора экспрессии генов стационарной фазы в Escherichia coli». Молекулярная микробиология . 5 (1): 49–59 . doi : 10.1111/j.1365-2958.1991.tb01825.x . PMID  1849609.
  3. ^ ab Hengge-Aronis R (сентябрь 2002 г.). «Трансдукция сигнала и регуляторные механизмы, участвующие в контроле субъединицы сигма(S) (RpoS) РНК-полимеразы». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 66 (3): 373–95 , оглавление. doi :10.1128/MMBR.66.3.373-395.2002. PMC 120795 . PMID  12208995. 
  4. ^ Uhlich GA, Chen CY, Cottrell BJ, Hofmann CS, Dudley EG, Strobaugh TP, Nguyen LH (август 2013 г.). «Вставка фага в mlrA и вариации в rpoS ограничивают экспрессию курли и образование биопленки в Escherichia coli серотипа O157: H7». Микробиология . 159 (Pt 8): 1586–96 . doi : 10.1099/mic.0.066118-0 . PMID  23744902.
  5. ^ ab Lange R, Fischer D, Hengge-Aronis R (август 1995 г.). «Идентификация сайтов начала транскрипции и роль ppGpp в экспрессии rpoS, структурного гена для субъединицы сигма S РНК-полимеразы в Escherichia coli». Журнал бактериологии . 177 (16): 4676– 80. doi : 10.1128 /jb.177.16.4676-4680.1995. PMC 177232. PMID  7642494. 
  6. ^ Takayanagi Y, Tanaka K, Takahashi H (июнь 1994). «Структура 5'-восходящего региона и регуляция гена rpoS Escherichia coli». Molecular & General Genetics . 243 (5): 525–31 . doi :10.1007/bf00284200. PMID  8208244. S2CID  21954728.
  7. ^ Repoila F, Majdalani N, Gottesman S (май 2003). «Малые некодирующие РНК, координаторы процессов адаптации в Escherichia coli: парадигма RpoS». Молекулярная микробиология . 48 (4): 855–61 . doi : 10.1046/j.1365-2958.2003.03454.x . PMID  12753181.
  8. ^ ab Sledjeski DD, Gupta A, Gottesman S (август 1996). "Малая РНК, DsrA, необходима для низкотемпературной экспрессии RpoS во время экспоненциального роста Escherichia coli". The EMBO Journal . 15 (15): 3993– 4000. doi :10.1002/j.1460-2075.1996.tb00773.x. PMC 452119 . PMID  8670904. 
  9. ^ Altuvia S, Weinstein-Fischer D, Zhang A, Postow L, Storz G (июль 1997). «Небольшая стабильная РНК, индуцированная окислительным стрессом: роль плейотропного регулятора и антимутатора». Cell . 90 (1): 43– 53. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80312-8 . PMID  9230301.
  10. ^ Браун Л., Эллиотт Т. (июль 1996 г.). «Эффективная трансляция сигма-фактора RpoS в Salmonella typhimurium требует фактора хозяина I, РНК-связывающего белка, кодируемого геном hfq». Журнал бактериологии . 178 (13): 3763–70 . doi :10.1128/jb.178.13.3763-3770.1996. PMC 232634. PMID  8682778 . 
  11. ↑ 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. 
  12. ^ Demple B, Halbrook J, Linn S (февраль 1983). «Мутанты Escherichia coli xth сверхчувствительны к перекиси водорода». Журнал бактериологии . 153 (2): 1079– 82. doi :10.1128/JB.153.2.1079-1082.1983. PMC 221738. PMID  6337115 . 
  13. ^ Schellhorn HE, Stones VL (июль 1992). "Регулирование katF и katE в Escherichia coli K-12 слабыми кислотами". Журнал бактериологии . 174 (14): 4769– 76. doi :10.1128/jb.174.14.4769-4776.1992. PMC 206274. PMID  1385595 . 
  14. ^ Kaasen I, Falkenberg P, Styrvold OB, Strøm AR (февраль 1992 г.). «Молекулярное клонирование и физическое картирование генов otsBA, кодирующих осморегуляторный путь трегалозы Escherichia coli: доказательства того, что транскрипция активируется katF (AppR)». Журнал бактериологии . 174 (3): 889–98 . doi :10.1128/jb.174.3.889-898.1992. PMC 206167. PMID  1310094 . 
  15. ^ Беккер-Хапак М., Эйзенстарк А. (декабрь 1995 г.). «Роль rpoS в регуляции глутатионоксидоредуктазы (gor) в Escherichia coli». FEMS Microbiology Letters . 134 (1): 39– 44. doi : 10.1111/j.1574-6968.1995.tb07911.x . PMID  8593953.
  16. ^ ab Jung JU, Gutierrez C, Martin F, Ardourel M, Villarejo M (июнь 1990 г.). «Транскрипция osmB, гена, кодирующего липопротеин Escherichia coli, регулируется двойными сигналами. Осмотический стресс и стационарная фаза». Журнал биологической химии . 265 (18): 10574– 81. doi : 10.1016/S0021-9258(18)86985-X . PMID  1693921.
  17. ^ Hengge-Aronis R (сентябрь 2002 г.). «Трансдукция сигнала и регуляторные механизмы, участвующие в контроле субъединицы сигма(S) (RpoS) РНК-полимеразы». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 66 (3): 373–95 , оглавление. doi :10.1128/mmbr.66.3.373-395.2002. PMC 120795 . PMID  12208995. 
  18. ^ Gulig PA, Danbara H, Guiney DG, Lax AJ, Norel F, Rhen M (март 1993 г.). «Молекулярный анализ генов вирулентности spv плазмид вирулентности сальмонелл». Молекулярная микробиология . 7 (6): 825–30 . doi : 10.1111/j.1365-2958.1993.tb01172.x . PMID  8483415. S2CID  43003098.
  19. ^ Bishop RE, Leskiw BK, Hodges RS, Kay CM, Weiner JH (июль 1998 г.). «Локус энтерицидина Escherichia coli и его влияние на запрограммированную гибель бактериальных клеток». Журнал молекулярной биологии . 280 (4): 583–96 . doi :10.1006/jmbi.1998.1894. PMID  9677290.

Дальнейшее чтение

  • Demple B, Halbreok J, Linn S (1983). "Мутанты Escherichia coil xth сверхчувствительны к перекиси водорода". J. Bacteriol . 153 (2): 1079– 1082. doi : 10.1128/JB.153.2.1079-1082.1983 . PMC  221738. PMID  6337115 .
  • Hengge-Aronis R, Klein W, Lange R, Rimmele M, Boos W (декабрь 1991 г.). «Гены синтеза трегалозы контролируются предполагаемым сигма-фактором, кодируемым rpoS, и участвуют в термотолерантности стационарной фазы в Escherichia coli». Journal of Bacteriology . 173 (24): 7918– 24. doi :10.1128/jb.173.24.7918-7924.1991. PMC  212585 . PMID  1744047.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=RpoS&oldid=1246058395"