文摘
人们普遍认为RNA稳定在细菌中扮演关键角色适应和生存在不同的环境中如遇到当细菌感染宿主。细菌核糖核酸酶单独行动或符合监管RNA RNA结合蛋白的介质是监管RNA稳定结果。我们会经常更新的模型中核糖核酸酶革兰氏阳性微生物枯草芽孢杆菌并将描述他们建立角色在一些革兰氏阳性致病菌毒力实施全球重大健康问题。影响细菌进化通过稳定/转移遗传物质(噬菌体和质粒DNA)的核糖核酸酶的功能将被覆盖。核糖核酸酶的作用在抗生素耐药性的出现和新概念在药物设计将另外讨论。
1。介绍
致病菌主要是应对环境变化,如进入一个主机,通过调整他们的生理改变基因的表达。给一种病原体的基因产物一个增强的机会生存在主机称为毒力因素。病原体使用各种不同的机制来调节毒性基因的表达。除了转录控制几种转录后机制已经记录在文献[1,2]。近年来,信使核糖核酸(mRNA)稳定出现作为一个主要玩家控制蛋白质的表达水平,使病原菌在主机茁壮成长。信使rna的稳定性是由核糖核酸酶的活性(rna),单独或在小的存在监管rna (srna)和/或辅助蛋白质。信使rna的稳定性还取决于增长阶段,环境因素,或强调(存在的营养、代谢产物等)以及细胞密度,这种现象称为群体感应(3,4]。
各种涉及rna转录后的调控策略。细胞可以直接控制全球RNA衰变通过调整核糖核酸酶的水平(4,5]。研究使用大肠杆菌和枯草芽孢杆菌给一个详细的了解RNA衰变机制和成熟为革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌6,7]。例如,通过srna和rna介导的转录后的控制尤为重要,因为它为细胞提供了一个手段迅速适应环境变化和压力。此外,它是积极的成本更低,因为它绕过了需要新的蛋白质合成。此外,快速切除sRNA调节器,当压力超过允许细胞恢复,回到它原来的遗传程序(1]。深度排序等新技术的出现和瓷砖数组显示大量srna和反义rna (asRNAs)细菌基因组中编码8- - - - - -11]。尽管他们的功能和表达的条件现在才开始被理解,我们预计很多激动人心的发现RNA领域的监管。
在本文中,我们将主要关注RNase-mediated监管与医学有关的革兰氏阳性细菌的毒力基因表达。不同的机制将显示rna可以激活或抑制基因的表达。核糖核酸酶的参与细菌抗病毒防御,移动转移基因将元素和持久性。我们讨论基因组rna的大环境是嵌入式和如何保护模式在几个基因组可以给我们洞察他们的表情。观点的设计新一代抗生素针对几个组件的RNA降解机械将强调。
2。RNA衰减机械
数十年的研究导致了几个核糖核酸酶的识别/描述枯草芽孢杆菌。一个详尽的概述这些超出了本文的范围,我们参考读者一些高质量的评论文章,介绍这一主题5,7]。相反,重点是最近的发现,我们将做的工作枯草芽孢杆菌为特定的rna同系物在病原体与毒性有关。RNA是大致分为两组:(1)exoribonucleases RNA降解基质从5′和3′端和(2)内切核糖核酸酶切割内部RNA分子。编排mRNA衰变的革兰氏阳性细菌的协同动作几个rna示意图如图所示1。
2.1。核糖核酸酶Y
最近,一个重要基因枯草芽孢杆菌(ymdA)确定参与RNA加工并改名为核糖核酸酶Y (12,13]。RNA核糖核酸酶Y劈开未配对地区和随后的工作表明,Y是核糖核酸酶的功能相当于核糖核酸酶E大肠杆菌,提升者的大长串特定的内切核糖核酸酶RNA加工和退化14]。有趣的是,Y中核糖核酸酶的表达水平的变化枯草芽孢杆菌导致改变所需的多顺反子mrna稳定生物膜的形成(15),但这种表型可能归因于一个极性影响的下游基因的表达,ymdB所需,这已被证明是生物膜的形成(16]。核糖核酸酶Y被报道参与riboswitch营业额,以及影响全球mRNA衰变(12,15]。最近的数据表明,rna从遥远的细菌等大肠杆菌核糖核酸酶E和枯草芽孢杆菌核糖核酸酶Y不是均匀分布在细胞质中,但局限于一小部分膜(17,18]。虽然不知道本地化是一个管理过程,核糖核酸酶Y的跨膜域对酶的活性至关重要在活的有机体内(14]。因此,这些数据表明,RNA营业额是区分空间组织的细胞和细菌的RNA是一个额外的监管层。
2.2。j - 1和J2的核糖核酸酶
枯草芽孢杆菌核糖核酸酶为J1 / J2最近密集的研究的主题。rna为J1和J2被首次发现,特征枯草芽孢杆菌的组件endonucleolytically裂解用力推领袖mRNA (19]。早些时候在枯草芽孢杆菌证明了只有j - 1对经济增长至关重要的核糖核酸酶(20.]。尺寸排阻色谱法显示,重组核糖核酸酶j - 1枯草芽孢杆菌洗提作为为和四聚物(21]。rna为J1 / J2双官能和具有内切核糖核酸酶和5′3′exoribonuclease活动(19,22]。另外,这两个蛋白可以形成一个heterodimeric复杂,具有独特的裂解位点特异性和效率(23]。
核糖核酸酶J2的exoribonuclease活动已被证明是更有效的与核糖核酸酶为J1 (23]。5′3′核酸外切酶的活动,以前没有发现细菌,似乎是主要的功能在活的有机体内(23]。它已经证明了j - 1参与全球的核糖核酸酶RNA营业额和16 s和23 s rrna的处理(24,25]。5′三磷酸的主要记录和/或一个发夹结构的存在,从降解RNA 5′末端保护exoribonuclease核糖核酸酶活性为J1 (22,26]。rna为J1 / J2被发现与革兰氏阳性degradosome复杂(13,27)(下面讨论)。
第一个结构解决了j - 1是从的核糖核酸酶栖热菌属酸奶(26]。蛋白质由三个领域,一个核心β内酰胺酶域,βcasp领域,特定的成员β酶作用于核酸的内酰胺酶总科,一个独特的c端领域,加入了一个灵活的连接器的β内酰胺酶域。两个催化锌(锌)离子之间的间隙β内酰胺酶和βcasp域。然而,这个结构,绑定到一个运动联盟衬底,似乎是在一个封闭的构象,无法解释5′一磷酸衬底的偏好也没有揭示dual-enzyme活动机制(26]。催化地不活跃的结构突变形式的j - 1与4元的核糖核酸酶RNA序列最近提供了新的见解的机制和RNA双酶活动绑定(28]。绑定的RNA诱导的改变相对位置的三个领域彼此以及具体的特定构象变化βcasp和β内酰胺酶域。这些运动之间的狭窄的催化裂导致扩大的领域创建一个足够宽的通道进入一个单链RNA。裂解核苷酸是退出另一方通过一个带负电荷的隧道出口(28]。RNA中造成重大重组的绑定βcasp领域特定的循环区域流离失所12衬底的适应。RNA结合口袋由带正电的残留物,超越裂解位点,给绑定的理由更长的RNA转录和endoribonucleolytic活动。最近解决了结构和建模枯草芽孢杆菌核糖核酸酶构象变化的j - 1显示一个类似的模式在衬底绑定(21]。
2.3。PNPase
在枯草芽孢杆菌,不必要的多功能PNPase (77 kDa)是主要exonucleolytic核糖核酸酶,形成一个三聚物催化3′,5′phosphorolytic降解RNA (29日- - - - - -31日]。此外,在一定条件下,PNPase能够添加核苷酸的3′末端RNA (32]。3′绑定和持续PNPase似乎被强大的发夹二级结构如Rho-independent结束符,通常发现的枯草芽孢杆菌成绩单和持续合成被抑制而不是我序列(GCGGCCGC) [33]。因此,相信PNPase扮演的次要步骤RNA衰变和核苷酸的退化仅发生在3′末端变得暴露由于被另一个核糖核酸酶内切核苷酸的劈理(核糖核酸酶III,核糖核酸酶Y,或核糖核酸酶为J1 / J2) (7]。
有趣的是提到的一些引人注目的新功能发现涉及这种通用的蛋白质。最近,PNPase copurify被发现枯草芽孢杆菌RecN这复杂的单链DNA能够降解(ssDNA)在体外(34]。exonucleolytic活动的PNPase ssDNA PNPase特点和功能作用的DNA同源重组枯草芽孢杆菌被确定(34]。这项工作从同一组显示枯草芽孢杆菌PNPase催化聚合template-independent dNDPs到3′末端ssDNA [35]。这项工作已经导致建立分子模型PNPase在DNA修复的作用35]。
2.4。核糖核酸酶III
细菌核糖核酸酶III属于第三类我核糖核酸酶家族的酶,而第二和第三类包括真核Drosha和帽子,分别参与生物起源的siRNA / microrna在高等生物(了3,36,37])。第三次核糖核酸酶的细菌核糖核酸酶III是最小的家庭成员组成的催化和dsRNA绑定域(38]。它的功能是为通过核糖核酸酶与发生二聚作用域(39]。最近,第三第四类核糖核酸酶酶被发现时,内切核糖核酸酶的发现迷你三世,是参与的最后步骤23 s rRNA的成熟。这种酶缺乏四分之三的dsRNA绑定域名,并且只由催化域(40]。细菌的结构以及真核核糖核酸酶III酶帮助理解其功能(了36])。
核糖核酸酶III是一个毫克2 +端依赖double-strand-specific裂开dsRNA的内切核糖核酸酶的能力。它承认不完美的工器等多种结构,螺旋打断了凸出的残留物,亲吻循环,和多层螺旋41- - - - - -44]。乳沟的核糖核酸酶III生产类型的特点dsRNA磷酸5′和3′羟基和一个2元3′过剩(了5- - - - - -7])。核糖核酸酶III是参与大型核糖体rna的成熟大肠杆菌和枯草芽孢杆菌(45)以及监管的单一和多顺反子mrna (5- - - - - -7,46]。此外,它参与的成熟等家政RNA小细胞质RNA (scRNA)的前体枯草芽孢杆菌(47- - - - - -49]。没有共识序列基序定义这种酶,但“antideterminants”提出了防止RNA分子的识别大肠杆菌核糖核酸酶III (50]。
2.5。核糖核酸酶P
核糖核酸酶P是一个包含至少一个核糖核蛋白粒子蛋白质亚基single-ribozyme亚基(51]。在枯草芽孢杆菌,核糖核酸酶P可以打通转运rna前体和tmRNA形成成熟的5′末端和裂开的腺嘌呤riboswitch稳定下游mRNA转录(52,53]。催化部位位于RNA亚基(54]。晶体结构的核糖核酸酶P单独(55]或绑定到tRNA [56)表明,RNA-RNA识别通过形状互补和保守分子间发生接触。活跃的站点结构和守恒的核糖核酸酶P-tRNA联系人显示普遍的催化机制。由于生化和结构识别机制和乳沟的RNA核糖核酸酶底物的P被几组特征深入,我们引用最近的一个优秀的读者评论的全面总结这项工作(57]。
2.6。RppH
在大肠杆菌,RNA pyrophosphohydrolase焦磷酸(RppH)删除从RNA 5′末端,将三磷酸腺苷一磷酸,反应发生在RNA核糖核酸酶降解E [58]。的发现对RNA 5′三磷酸核糖核酸酶的底物J1/2枯草芽孢杆菌(19理查兹]的启发等。59)搜索功能RppH同系物枯草芽孢杆菌。生物资讯搜索确定六个假定的与规范Nudix水解酶同系物图案。识别功能RppH,这些蛋白质表达和化验去活动在体外。他们发现了一个RppH-dependent枯草芽孢杆菌通过构造一个∆笔录rrpH应变和筛查mrna水平改变了半衰期(59]。详细研究处理的多顺反子mRNA表明RppH转换的5′三磷酸核糖核酸酶降解为J1之前一磷酸信使rna。尽管RppH尚未涉及毒性,这个发现揭示了一个额外的优雅的编制阶段的RNA衰变。这个机制让人想起开瓶一步触发信使rna降解在真核生物60]。
2.7。Degradosome在革兰氏阳性细菌的存在
degradosome被首次发现和特点大肠杆菌(61年- - - - - -63年]。degradosome复杂在革兰氏阳性细菌仍难以捉摸(直到最近13]。尽管筛查在活的有机体内互动合作伙伴中的糖酵解酶枯草芽孢杆菌,几个已知蛋白质与RNA加工和退化被确定13]。使用细菌的主要蛋白质-蛋白质之间的关系进一步评估二者混合的方法。革兰氏阳性degradosome包含三个rna(核糖核酸酶为J1 / J2,核糖核酸酶Y),多核苷酸磷酸化酶(PnpA)和两个糖酵解酶(磷酸果糖激酶和烯醇酶)(13]。进一步表征确定了死盒RNA解旋酶(CshA)与核糖核酸酶Y和PnpA [27]。这个预测解旋酶是本地化以来膜蛋白质的氨基端跨膜域相似序列出现在核糖核酸酶Y (27]。最近,degradosome金黄色葡萄球菌一直使用细菌二者混合方法的特点和评估(64年]。虽然这证实的保护工作枯草芽孢杆菌多酶复杂,不同的伙伴交互描述,此外,该协会的蛋白质亚基的核糖核酸酶P (RnpA) CshA证明(64年]。
2.8。基因组rna的背景
基因组组织的重要性和操纵子结构基因表达(已有详细记载65年]。通常具有类似功能的基因或关联到相同的生物合成途径往往是发现在同一操纵子或附近染色体。结合基因组信息来自几个公共数据库(NCBI genolist, Biocyc.org),我们分析了基因的保护组织在四个家庭另外包括致病革兰氏阳性细菌枯草芽孢杆菌。使用multigenome对齐工具(http://www.biocyc.org/),一些革兰氏阳性生物体基因组上下文是一致的(参见图1 -在网上补充材料doi: 10.1155 / 2012/592196)。下面突出显示一些最值得注意的特性。
的几个基因(pnpA,rnjB,进去的)的蛋白质参与degradosome位于一个相对靠近彼此的染色体和基因的安排似乎在革兰氏阳性物种进化(图3)。然而,一个松散的守恒pnpA-rnjB-rny基因簇是基因组中观察到。有趣的是,的存在rpsO上游的pnpA发现在所有基因组和在吗大肠杆菌,建议pnpA和rpsO是古代的一个共同起源的基因。在枯草芽孢杆菌,pnpA是一个多顺反子操纵子的一部分位于8 kb的上游吗rnjB,rnjB操纵子是夹在两个染色体区域,包含多个孢子形成的基因。在金黄色葡萄球菌,pnpA和rnjB直接位于相邻(图3)。在梭状芽胞杆菌物种,没有发现核糖核酸酶J2同系物,但大型基因组重排pnpA相对接近进去的。在李斯特菌物种,一个非常不同的基因组上下文是观察,大型基因组插入单独的基因集群。的距离pnpA-rnjB-rny轨迹几革兰氏阳性生物体可能功能的后果。例如,位于相同的轨迹是某些基因,已确定cross-regulate表达式和活动。PNPase酶活性的单链DNA被RecA调制部分,位于上游的一个基因进去的(35]。高度保守的衰变rpsO信使rna是由核糖核酸酶Y PNPase[紧随其后66年]。最近,在链霉菌属coelicolor,它已经表明,原始的记录rpsO启动子通读进pnpA第三,成为由核糖核酸酶处理(67年]。
核糖核酸酶基因的聚类,以及孢子形成多个基因,细胞壁肽聚糖生物合成,活性,细胞分裂也值得注意。在粪大肠,cotranscribedrnjB两个基因参与细胞壁生物合成和rnjB可以调节pili形成在转录后的级别(68年]。在枯草芽孢杆菌核糖核酸酶Y (进去的/ymdA)是第一个基因bicistronic操纵子包括ymdB最近显示双稳态中发挥重要作用在鞭毛和生物膜形成相关基因的表达16]。此外,位于上游的基因进去的,pgsA(细胞壁生物合成),中国(competence-damage诱导调节器),recA(SOS调节子的成员)之间的相对保守的革兰氏阳性细菌。RNA解旋酶的基因编码CshA degradosome枯草芽孢杆菌(27),也是一个操纵子的一部分包括两个基因编码的蛋白质参与肽聚糖的生物合成。操纵子的基因组上下文是守恒的其他物种(请参见图8)补充。核糖核酸酶III (共和党全国委员会)是three-gene操纵子的转录作为第一枯草芽孢杆菌,同时编码的基本smc(染色体缩合和隔离atp酶)ftsY(信号识别颗粒)69年]。这个组织也在所有的革兰氏阳性物种高度保守的(参见图2)补充。
转录组数据数组金黄色葡萄球菌(74年,75年)显示,在营养生长rna表达。过渡到固定相,要么(我)大幅下降并保持低水平为核糖核酸酶J2之后,Y核糖核酸酶和核糖核酸酶P或(ii)减少略只抓回来为核糖核酸酶固定相为J1, PNPase和核糖核酸酶III。几个的转录水平降低金黄色葡萄球菌rna在固定相(74年,75年]似乎与肽聚糖/核糖体合成的需求。
3所示。核糖核酸酶的毒性
3.1。毒性rna的全球角色
几个rna的作用毒性最近研究两个主要致病细菌,酿脓链球菌和金黄色葡萄球菌。链球菌(集团链球菌、天然气)和金黄色葡萄球菌导致轻微的系统性和威胁生命的疾病。甲氧西林耐药的出现金黄色葡萄球菌菌株获得了在医院,在社区里,导致死亡人数每年超过艾滋病毒在美国近年来(76年,77年]。
气体记录最近分为两类,I和II,取决于他们的稳定增长在固定相(78年]。类固定相之中我成绩单显得非常不稳定,而二类记录编码几种毒性等因素传奇(链球菌溶血素(S),sda(DNase),弧(精氨酸deiminase)延长半衰期。已经表明,3′5′exonucleolytic PNPase负责降解底物的活性,二类后一个细长的停滞阶段,信使rna是稳定的(79年]。类的初始endoribonucleolytic乳沟I和II成绩单是由rna为J1和J2,都是至关重要的,在气体(78年,80年]。这是我成绩单更好建议类基质rna为J1和J2只消耗后,二类成绩单开始退化。核糖核酸酶的数量为J1、J2和PNPase以及公认的信号响应,可能这样的增长phase-dependent监管至关重要。
核糖核酸酶的作用在表的毒性基因表达进行了总结1。核糖核酸酶,编码cvfA在链球菌和葡萄球菌已被证明,影响毒性在病原菌蚕和小鼠模型(81年- - - - - -83年]。在链球菌,一个cvfA删除受影响的表达几个毒力因素(82年]。此外,基因微阵列分析显示29%的微分表达式表明起始的核糖核酸酶的重要性Y mRNA衰变(82年]。这些数据表明,代谢和upregulation差别Y核糖核酸酶介导的对这些某些毒性因素促进收购从宿主细胞组件。核糖核酸酶Y在毒力基因表达的影响主要发生在固定相(82年)在协议数据显示,毒性因子表达链球菌是严格依赖于增长阶段(84年]。核糖核酸酶Y-mediated监管证明是依赖于细胞的营养状况暗示这种酶是涉及传感养分有效性(直接或间接)(82年]。然而,它删除不影响ppGpp水平,因此观察到的效果没有与严格的响应(82年]。链球菌核糖核酸酶Y与糖酵解酶烯醇酶(82年)这可能提供营养状况之间的联系和核糖核酸酶Y-mediated基因表达。核糖核酸酶Y报道影响毒力因素的生产金黄色葡萄球菌通过表达附属基因调控位点,agr或独立83年]。生化分析表明,预测phosphohydrolase域(高清域)的核糖核酸酶Y具有磷酸二酯酶活性与2′,3′环核苷酸和这个活动需要毒性83年]。核糖核酸酶Y是含有跨膜域预测链球菌和金黄色葡萄球菌(82年,83年),类似于枯草芽孢杆菌酶(17]。
研究已经表明的能力金黄色葡萄球菌差异表达的子集毒性因素根据压力和增长阶段很大程度上归因于mRNA稳定(4]。特别是,它是表明mRNA稳定发生在固定相以及在冷、热、酸和alkaline-shock和严格的响应(85年,86年]。作者表明,PNPase影响大部分mRNA衰变和证明是cold-growth至关重要4)的情况一样大肠杆菌、沙门氏菌肠,和几个鼠疫物种(了87年])。此外,核糖核酸酶P也被描述为一个主要的核糖核酸酶参与大部分信使rna降解,在毒力因子的表达直接影响经济增长的固定相(75年]。有趣的是,rnpA耗尽细胞表现出减毒毒性小鼠感染模型(75年]。
3.2。核糖核酸酶和机制调节特定基因的致病细菌
3.2.1之上。sRNA和核糖核酸酶的激活基因表达
链球菌的激活信使rna编码毒力因子(平方公里列阵,链激酶)取决于存在sRNA, FasX [70年]。FasX 30平方公里列阵mRNA结合nt上游的8月和7 nts-long螺旋形式。这双链结构导致增加mRNA(图的稳定性2(a))。值得注意的是,c序列图案出现在FasX采用交互,同样描述了什么金黄色葡萄球菌RNAIII和其他srna [71年,88年]。删除或核糖核酸酶Y PNPase不稳定的结果斯卡mRNA表明FasX-dependent稳定是由于有限的访问的rna 5′端(70年]。是否5′3′exoribonucleolytic rna的属性为J1和J2负责斯卡信使rna降解,还有待测试。
在perfringens梭状芽胞杆菌,VirR /梵双组分系统调节等毒性基因转录的386 nt sRNA VR-RNA [89年]。最近的工作由Obana et al。90年)揭示到VR-RNA-dependent毒素胶原酶的调节(可乐)。碱基配对的5′UTR VR-RNA可乐信使rna诱导由一个未知的核糖核酸酶立即下游的乳沟可乐-VR-RNA双工。这个处理反过来导致短发夹的形成和增加mRNA的稳定性在活的有机体内。苏格兰皇家银行的突变分析表明,核糖体绑定到mRNA另外稳定处理可乐信使rna (90年]。
因此,信使rna二级结构的一个重要的角色在控制记录稳定也突出了这两个例子斯卡和可乐信使rna (70年,90年]。有趣的是我们已经证明金黄色葡萄球菌第三,核糖核酸酶介导转录的稳定cspA冷休克蛋白mRNA,编码,通过处理长5′UTR发夹结构。这种处理会导致形成一个简短但稳定的发夹,增强mRNA的稳定性及其翻译(Lioliou et al .,提交)。
粪肠球菌是一个投机取巧的革兰氏阳性负责许多院内感染(91年]。最近,高et al。68年)表明,粪大肠rnjB,编码核糖核酸酶J2,参与菌毛基因表达的调节和生物膜的形成。许多革兰氏阳性菌毛的表达是很重要的致病性微生物(92年]。失活的rnjB导致不稳定的ebp操纵子转录本编码菌毛蛋白(68年]。核糖核酸酶的作用机理J2稳定mRNA和本条例是否发生在其他革兰氏阳性细菌生产菌毛还有待证明。
3.2.2。sRNA和核糖核酸酶的抑制基因的表达
核糖核酸酶III在毒性的影响金黄色葡萄球菌已经被很好地记录下来了。具体来说,在固定相,核糖核酸酶III一起行动agr编码的监管RNAIII [93年)抑制几个adhesin因子和抑制因子的表达的毒素,腐烂(44,71年,72年]。RNAIII是多功能RNA编码毒力因子,溶血素三角洲。通过其3′UTR RNAIII与mrna通过形成完美的工器或促进重复重复的相互作用的形成。在平移镇压的情况下发生,Shine-Dalgarno隔离和核糖体绑定是预防。RNAIII-mRNA复合物进而构成目标核糖核酸酶III乳沟呈现监管不可逆(图2(b))。平移镇压腐烂间接导致毒素的激活和镇压的依从性的因素。随着越来越多的功能监管rna公布(8,88年,94年- - - - - -96年),据预测,其他srna,比如我toxin-antitoxin系统,可能与核糖核酸酶III协调,调节基因的表达。在最近的一份报告,表明Δ共和党全国委员会压力是减毒在小鼠感染模型,核糖核酸酶III是参与调节细胞外蛋白质分泌,如细胞外蛋白质Efb纤维蛋白原绑定金黄色葡萄球菌(97年]。这是通过监管的水平secY2信使rna编码一个蛋白质的附属分泌系统。
在革兰氏阴性细菌,Hfq已被证明是一个关键组成部分sRNA-mediated监管(98年]。Hfq类似角色的革兰氏阳性细菌的证据仍然难以捉摸(直到最近99年]。尼尔森的工作等。One hundred.)表明,在单核细胞增多性李斯特氏菌、平移监管lmo0850信使rna介导的LhrA sRNA取决于Hfq的绑定。所涉及的特定的rna的降解lmo0850记录仍有待确定。此外,一个lhrA删除在l . monocytogenes改变了大约300个基因的表达水平,包括贾一个已知的毒力因子,编码几丁质酶(101年]。
3.2.3。核糖核酸酶和防御机制:CRISPR
最近,在细菌免疫核糖核酸酶III的作用对噬菌体和质粒已经证明(102年]。CRISPR / ca(集群,定期中间短回文重复/ CRISP-associated蛋白质)系统调节细菌DNA免疫对外国入侵,如质粒、噬菌体。spacer-repeat CRISPR位点编码基因的序列以及它们相关的中科院内切核糖核酸酶。重复序列通常是相同的,可以发现在轨迹2 - 249倍之间。间隔序列是独特的和来自噬菌体和质粒序列基因组中整合并随后授予特定噬菌体或与质粒接合免疫力[103年- - - - - -107年]。长pre-crRNA CRISPR位点的转录,然后成长为小分子rna (crRNA)组成的单个spacer-repeat单元,可以有效地攻击外源DNA。处理pre-crRNA crRNAs通常是由中科院内切核糖核酸酶。然而,一些ca同系物是缺席某些亚型的CRISPR系统链球菌缺少三个Cas蛋白质,Cse3(情况下),Cas6, Csy4。第三在这些情况下,host-encoded核糖核酸酶介导的成熟pre-crRNA表演在音乐会反式编码RNA (反式激活CRISPR RNA, tracrRNA)和内切核糖核酸酶Csn1 [102年]。特别是,据报道,tracrRNA与近乎完美互补pre-crRNA中重复单元。在第一次处理事件,核糖核酸酶III劈开专工器和随后,第二个解理发生在间隔序列。第二的确切机制处理事件和是否由Csn1还有待阐明。Csn1艾滋病交互的两个rna和tracrRNA可能是稳定的。这种类型的监管等其他细菌被发现守恒的英诺克李斯特菌、脑膜炎meningitides变形链球菌,和乳酸链球菌。基于考试的几个细菌基因组,建议tracrRNA可能和crRNA的重复序列密切相关102年]。
3.2.4。不寻常的rna: Riboswitches催化活动
Riboswitches是独联体代理监管RNA序列,通过绑定代谢物控制下游基因的表达,从而诱导结构改变的记录(108年]。最近一项有趣的研究强调了监管的重要性cyclic-di-GMP [109年]。在这项研究中,一种新的c-di-GMP riboswitch被连接在串联变构self-splicing核糖酶上游的一个假定的毒性基因的基因组内艰难梭状芽胞杆菌。绑定c-di-GMP的RNA结构图案拼接部位会诱发折叠的改变导致不同的剪接模式。绑定c-di-GMP结果包含的一个完美的苏格兰皇家银行直接上游的非传统UUG平动起始密码子。没有第二信使信号,c-di-GMP,最终拼接mRNA缺乏苏格兰皇家银行,不是翻译110年]。这项工作在细菌转录后的复杂的展示了一个新的水平。
记录的发现机制引发的不稳定全球语言监测机构核糖酶细胞如何合理营养状况和调节基因表达相应使用催化RNA乳沟紧随其后RNase-mediated衰变(111年]。在枯草芽孢杆菌,glucosamine-6-phosphate绑定全球语言监测机构核糖酶刺激特定站点RNA self-cleavage在活的有机体内。这劈理的结果记录包含一个2′3′磷酸循环3′末端和5′末端的羟基。裂后,下游转录迅速退化。结果表明,目标的全球语言监测机构RNA的降解是由于5′羟基末端的衬底5′3′exoribonuclease核糖核酸酶活性为J1 (111年]。这项工作表明,metabolite-sensing核糖酶使细胞应对环境的一种有效手段。
3.2.5。Toxin-Antitoxin系统和压力反应
Toxin-antitoxin (TA)系统不断被发现在细菌物种。参与抗噬菌体、质粒维护、应激反应、细菌的持久性是有据可查(评论,看到112年- - - - - -118年])。这些系统分为三个主要类型。在第一个,抗毒素是一个非编码RNA (ncRNA),这是反义的信使RNA编码的毒素。II型,毒素和抗毒素都是蛋白质。类型III(毒素)最近被发现并使用抗毒素的sRNA,结合,抑制蛋白毒素。II和III型系统,毒素和抗毒素cotranscribed作为一个操纵子的一部分,而对于I型系统对面的两个基因是编码链重叠的5′-或3′末端。在所有情况下,抗毒素,核糖核酸或蛋白质、不稳定和退化,而毒素是稳定的。的条件,有利于消除抗毒素,TA复杂中断,毒素被释放(或翻译)发挥毒性作用。I型毒素通常由小疏水肽,翻译是关闭的反义rna (asRNAs) [116年]。在的情况下大肠杆菌hok/目前和tisAB/ IstR系统,核糖核酸酶III是降解的关键酶mRNA-asRNA复杂(118年]。毒素的II型行为通常是内切核糖核酸酶(MazF和法则)或抑制DNA促旋酶(CcdB) [112年- - - - - -114年]。的大肠杆菌MazF是一种内切核糖核酸酶裂开mrna在ACA共识定义独立于核糖体序列,而法则是ribosome-dependent内切核糖核酸酶,裂解mrna位于核糖体网站(综述[112年,114年])。独特类型III毒素,ToxN,证明内切核糖核酸酶的活动在体外及其抑制抗毒素的sRNA[能裂开119年,120年]。这些数据表明,ToxN可能充当核糖核酸酶抑制翻译和减缓细菌生长。ToxN的mRNA目标仍有待发现。
唯一的II型TA系统中确定枯草芽孢杆菌到目前为止ndoAI/ndoA在哪里ndoA编码毒素(EndoA MazF同系物),在未配对劈开UACAU序列,和ndoAI编码抗毒素(121年,122年]。不同性质的压力,助教模块枯草芽孢杆菌可以保护或致命的(123年]。作者推测,这种行为将使细胞的方法确定压力是否足够温和修复或非常严重,激活细胞死亡通路(123年]。有趣的是,一种我TA系统编码的染色体枯草芽孢杆菌被确定(73年]。它由TxpA毒素及其asRNA比例分摊。两个rna转录收敛重叠3′末端。之间的配对txpA装导致退化的mRNA未知的核糖核酸酶(图2(c))。鉴于其特异性dsRNA,核糖核酸酶III可能是一个很好的候选人调解退化。随着asRNAs数量的细菌基因组中发现不断增加(8- - - - - -11),核糖核酸酶III可能被证明是一个重要的球员在这种监管。
PemIK TA模块炭疽杆菌最近特征(124年]。PemK被证明是一种内切核糖核酸酶毒素,股票96%相似EndoA (MazF同系物)毒素枯草芽孢杆菌。助教模块的生化特性确认PemI抑制PemK-mediated内切核糖核酸酶的活动。PemK催化残基的定义在体外,令人惊讶的是,催化突变体保留能力结合PemI有效(124年]。PemIK互动为特征在体外给线索后发生构象变化复杂的形成。合成肽是为了扰乱PemI-PemK交互抑制PemK的内切核糖核酸酶活性,证明TA模块可以潜在的抗菌目标(124年]。
识别MazEF和一个较小的程度上axe-txe,relBE,和ε- - - - - -ζ同系物的万古霉素耐药性质粒enterococci(VRE)隔离病人[125年展示了他们的临床重要性。作者表明,MazEF系统转录和赋予enterococci与质粒的稳定性。此外,mazEF基因位于同一质粒与万古霉素耐药基因集群,vanA。最近,axe-txe系统中确定一个质粒肠球菌都有效也编码多个药物抗性。临床分离株和表达的系统Txe被endoribonucleolytic活动在活的有机体内(126年]。这些系统在肠球菌的质粒的存在可能意味着一个角色在抗生素耐药性的基因转移到其他物种如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(127年毒性)连接TA系统发展。
MazEF还确定了金黄色葡萄球菌和未配对UACAU识别序列建立了endoribonucleolytic劈理(128年,129年]。诱导MazEF导致的不稳定sraP信使rna解理主题包含共识。共识序列的发生在编码序列的其他毒性因素也证明(129年]。的感应MazEF的表达产生影响水疗中心和hla信使rna (130年]。作为mazEF和sigB转录相关,sigB表达式是部分依赖于转录的影响因素mazEF热休克和抗生素等压力(131年]。SigB也下调表达mazEF,因此创建一个反馈抑制回路,可能影响自己的表达式(131年]。这些发现有重大影响的中介应激反应和毒性SigB是这些生物过程的主要监管机构金黄色葡萄球菌(132年]。最近,染色体编码的表达MazEF系统在临床分离株耐甲氧西林金黄色葡萄球菌菌株的报道(133年]。因此,这个助教模块是一个重要的球员在致病性和可能构成小说的监管目标为抗生素。
有趣的是,最近显示大肠杆菌MazF劈开优先ACA序列在8月密码子mrna位于靠近从而生成群龙无首mrna (134年]。此外,酶也劈开16 s rRNA 30 s亚基内删除最后43核苷酸包括anti-Shine和Dalgarno序列。这反过来会创建一个族群能够翻译群龙无首的核糖体mrna (134年]。是否这样的专门的核糖体的形成产生应力条件下可以推广到所有细菌仍有待解决。
结核分枝杆菌是全球一个主要卫生问题,2009年估计约有170万人死于肺结核(2011年全球结核病控制报告,/ HTM /结核病/ 2011.16)。生物信息学分析显示,结核分枝杆菌编码88个假定的TA系统30的显示功能(135年]。值得注意的是,大部分的TA系统中保存结核分枝杆菌复杂(MTBC)当他们缺席密切相关的物种。这意味着他们获得物种形成事件后,他们在致病性可能发挥重要作用。VapBC是最丰富的助教模块结核分枝杆菌由47个成员国。子集VapBC模块被证明是有毒的表达和相反的毒性是由coexpression中和同源VapB抗毒素(135年,136年]。VapC核糖核酸酶功能在体外这也许可以解释抑制翻译在活的有机体内深刻地影响基因表达,以应对不同的环境和压力135年,136年]。发现某些组TA系统调节下的缺氧,在感染巨噬细胞(135年]。以前,这是显示的识别序列MazF-mtb较少出现在与致病性相关的蛋白质(了113年])。因此,某些TA模块可以直接降解特定mrna在对压力的反应而不是抑制大部分翻译。
有趣的是,Winther和格迪斯137年)表明,肠VapC tRNase劈开发起者tRNA编码fMet反密码子之间的阀杆和循环。细胞消耗的tRNAfMet对文化有抑菌效果和生产VapB允许细胞恢复增长。tRNA的损耗fMet由VapC不仅抑制细胞生长,另外发现激活码正确翻译的起始位置延伸机。作者进一步推测,这种机制有可能翻译阅读帧通常是沉默。这项工作在肠道细菌革兰氏阳性生物体的毒性,具有重要的启示作用结核分枝杆菌VapBC模块在哪里高度代表(135年,136年]。巨噬细胞内的氧化破裂产生超氧化物阴离子单线态氧,可以致命的细胞(138年]。一种机制来减少全球翻译,如tRNA的乳沟fMet,会减少不良事件的发生,提高生存能力的有机体。
细菌的持久性是一个表型,细胞群的一部分进入休眠不生长状态进而对抗生素产生了耐药性和其他压力(139年]。助教的参与系统开发的持久性大肠杆菌最近报道(140年]。作者表明,过度的毒素导致持续程序连续表型,删除所有TA系统大肠杆菌导致一个戏剧性的下降形成持续程序(140年]。符合参与TA系统的持久性表型,持续程序的转录组结核分枝杆菌显示超表达的TA系统(141年]。
antiphage CRISPR系统阻力的重要性进行了讨论。流产感染(Abi)是由III型毒素介导的系统,是另一种机制,通过这种机制抵御细菌噬菌体(142年]。在Abi, phage-infected细菌无私地自杀防止人口中的噬菌体。革兰氏阴性植物病原体毒素系统识别Erwinia carotovora但同系物中发现一些革兰氏阳性和革兰氏阴性致病菌的基因组(120年]。的hok/ Sok (I型)、MazEF (II型)系统也被证明带来噬菌体抵抗宿主(了112年,118年])。这种类型的抗病毒免疫系统可以限制水平转移的关键噬菌体编码毒力因素致病物种之间。
4所示。核糖核酸酶活动的监管和RNA稳定性:新出现的问题
4.1。核糖核酸酶和sRNA-Dependent监管
RNA通常与srna一致行动和/或RNA结合蛋白。互动与sRNA可能导致阻塞的核糖体结合抑制翻译。经常招募一个核糖核酸酶的降解mRNA的互动使监管不可逆转。还提出,在缺乏核糖体绑定,mRNA越来越暴露于rna的作用,这样压抑的翻译会导致快速降解[3,5]。因此,srna微调mRNA水平的关键球员。我们的大部分知识sRNA稳定来自革兰氏阴性细菌。PNPase,在这些情况下检查,核糖核酸酶III和核糖核酸酶参与的退化sRNA,耦合或非耦合的mRNA目标(143年- - - - - -146年]。Hfq也是一个重要的球员保护srna对降解[98年]。出乎意料,srna最近被证明是稳定的大肠杆菌pnpA突变细胞指数的增长阶段。它提出了PNPase保护srna从降解由核糖核酸酶E [144年]。而金黄色葡萄球菌核糖核酸酶III已被证明发起的衰败mrna压抑的群体感应依赖RNAIII [87年),所知甚少的角色rna与sRNA-dependent监管相关的革兰氏阳性细菌。
在到目前为止所描述的案例中,监管mRNA稳定性发生通过联合行动sRNA和核糖核酸酶,最初的裂解位点是位于mRNA-sRNA双是核糖核酸酶III的情况(99年]或近端碱基配对地区作为例证核糖核酸酶E [1,6]。一种新型的行动方式大肠杆菌核糖核酸酶E最近报道的酶作用距离裂开进一步编码序列(147年]。核糖核酸酶E拴在苏格兰皇家银行的被发现sodB信使rna通过协会与Hfq sRNA RyhB进而阻挡核糖体加载到苏格兰皇家银行。当信使rna被剥夺了翻译核糖体,核糖核酸酶E乳沟网站出现在编码序列的内切核苷酸的活动暴露在核糖核酸酶大肠革兰氏阳性细菌,是否存在类似的机制还有待阐明。
Hfq,尽管sRNA-mediated退化的一个主要玩家在革兰氏阴性菌(98年),似乎并没有这样一个重要的角色在革兰氏阳性细菌的RNA衰变到目前为止,只有一个例外报告(见前)。其他RNA结合蛋白可能执行Hfq的角色。有趣的是,一个保守的蛋白被发现Sinorhizobium meliloti,SMc01113 / YbeY,股票结构相似性的中期域Argonaute(前)的蛋白质。删除这种蛋白质作为Hfq发现诱发多效性的影响。此外,蛋白质调节srna的积累和mrna类似Hfq [148年]。这种蛋白质是守恒的革兰氏阳性细菌虽然它的功能还没有研究这些生物。在枯草芽孢杆菌提出了三个基本的蛋白质作为RNA陪伴与sRNA FsrA协调行动,促进退化记录编码iron-using蛋白质的条件下铁剥夺(149年]。
因此,这些例子说明rna的重要作用在mRNA营业额和基因调控和显示镇压的翻译由sRNA平移阻遏蛋白(也)通常是随后信使rna降解紧随其后。所有这些监管事件涉及的酶的催化活性。然而,不能排除,RNA也可能仅仅通过他们的RNA结合活性调节基因的表达。值得注意的是,核糖核酸酶III的dsRNA绑定活动报道,促进翻译λ噬菌体cIII RNA (150年]。
4.2。修改Degradosome
核糖核酸酶的活性或其他酶的degradosome可以调制。修改的第一个证据degradosome是在屏幕的抑制对冷敏感的表型csdA突变体(151年]。这是表明,RNA解旋酶,csdA,成为纳入RNA degradosome复杂大肠杆菌冷休克后(151年),它可以在功能上取代RhlB,典型的在degradosome RNA解旋酶。提出,冰冷的触觉与degradosome CsdA associates促进结构化rna在寒冷的温度下的解除。此外,最近的证据显示组件的degradosome协会中央新陈代谢,暗示这些修改复合物可能反馈网络的一部分,允许细胞RNA衰变配合代谢条件。在茎菌属crescentus,克雷布斯循环酶顺乌头酸酶被发现与degradosome关联而不是糖酵解酶烯醇酶中发现大肠杆菌(152年]。顺乌头酸酶的绑定与核糖核酸酶E和复杂的发生通过交互水平的核糖核酸酶在细胞周期变化。RNA衰变和中央新陈代谢之间的联系进一步说明了柠檬酸,柠檬酸循环的代谢物,对PNPase的活性有抑制作用大肠杆菌(153年]。最近发现,氧气传感系统可以调整的水平c-di-GMP PNPase在大规模的核糖核蛋白复合体大肠杆菌这增强了PNPase活动(154年]。在这个复杂、PNPase烯醇酶、核糖核酸酶E, RNA终结者蛋白质ρ,几个伴护蛋白质(DnaJ, DnaK GroEL)和氧感受蛋白(DosC和DosP)被确定除了RNA一半(154年]。所有这些不同的研究已经确定了degradosome复杂变化,赋予细胞意识和适应环境变化的能力。预计未来的工作描述修改的RNA衰变degradosome复杂,其影响将发现RNA代谢调节和全球之间的连接。
此外,已经强调了几个例子,可以cross-regulated核糖核酸酶的活性。例如,大肠杆菌PNPase合成由核糖核酸酶在转录后的级别autoregulated III-dependent机制(155年]。事实上,许多的rna似乎也受一个反馈机制,因为它们参与核糖体rna加工,因此,他们的表情是协调与核糖体合成(156年- - - - - -158年]。此外,监管机构已经报道了蛋白质大肠杆菌核糖核酸酶III (159年]。人们可以想象srna在调制核糖核酸酶活性可能有作用。正如上文所指出的那样,基因组的rna可能提供有价值的线索对理解监管他们的表情。发展阶段和不同压力成为共同的主题在核糖核酸酶活动的监管4,78年]。肯定赞赏的核糖核酸酶活动的调控远未完成。
5。结论和观点
本文强调了rna的重要性在基因表达一些革兰氏阳性致病菌。此外,我们已经说明了几个例子的角色规定的特定的rna信使rna的表达目标参与毒性。然而,完整的RNA的目标,和辅助蛋白的角色(RNA解旋,RNA结合蛋白)在基因调控仍需评估,特别是革兰氏阳性细菌。毫无疑问我们的知识从当前深度测序等方法将极大地推进和瓷砖数组的全部RNome细菌可以被评估在野生型和突变体的背景。此外,高通量测序结合交联免疫沉淀反应(HITS-CLIP)被证明是有价值的对于识别rna蛋白质相互作用[160年,161年]。这个方法也可能导致识别的目标rna核糖核酸酶。这些新的可能性预计将提供有价值的洞察这些酶的功能。
出现的抗生素抗性病原菌之间迫切需要新型药物的发现。几个可能性的目标组件的RNA衰减机械设计的新型药物已被报道。最近,一个抑制RnpA的化合物被证明是有效的对几株耐甲氧西林金黄色葡萄球菌生物膜相关金黄色葡萄球菌和其它的革兰氏阳性病原体(75年]。尽管识别分子表现出对人类细胞系细胞毒性,不能进一步利用,它不过集新型抗菌的基础策略针对RNA降解机制。药物靶点Riboswitches也被调查。努力专注于设计配体nonmetabolizable的细胞,可以专门针对riboswitches和抑制经济增长162年,163年]。TA系统被认为是适合使用新颖的抗菌策略。两种模式的行动已经设想了新设计的药物针对激活的毒素。第一种方法包括拒绝生产抗毒素在转录或翻译水平而第二个旨在破坏toxin-antitoxin交互。在这两种情况下,结果是退化的不稳定抗毒素和释放毒素最终导致的细胞死亡(164年]。抗生素抗性的出现往往依赖于抗性基因的存在驻留在移动遗传元素,如质粒(125年)可以转移到不同物种(127年]。由于TA模块负责稳定这些元素,针对TA系统的策略似乎有望设计新型抗生素。
6。注意添加到证据
最近的一项研究拉萨et al。165年]显示RNA质量控制的功能金黄色葡萄球菌核糖核酸酶III。消除了反义RNA酶生产sense-antisense复合物的具体处理。
确认
这项工作是支持的“国民de la研究中心”(CNRS),“国家倒说是”(ANR10-Pathogenomics-ARMSA;p . Romby大肠Lioliou), labex NetRNA(公关)。大肠Lioliou受到长期的支持从2月奖学金。
补充材料
在补充材料,基因组上下文核糖核酸酶的基因编码共和党全国委员会,rnpA rnjA / rnjB pnpA,进去的以及pyrophosphohydrolase rppH和解旋酶cshA显示几个主要的革兰氏阳性致病菌,即单核细胞增多性李斯特氏菌、金黄色葡萄球菌、结核杆菌、粪肠球菌、梭状芽胞杆菌、炭疽杆菌。