Эта статья входит в число добротных статей

Малые РНК бактерий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Малая РНК Qrr, участвующая в регуляции чувства кворума у Vibrio cholerae

Ма́лые РНК бакте́рий (англ. Bacterial small RNAs) — небольшие некодирующие РНК длиной 50—250 нуклеотидов, содержащиеся в клетках бактерий. Как правило, малые РНК бактерий имеют сложную структуру и содержат несколько шпилек[1][2]. Многочисленные малые РНК были определены в клетках кишечной палочки, модельном патогене Salmonella, азотфиксирующей альфа-протеобактерии Sinorhizobium meliloti[en], морских цианобактериях, возбудителе туляремии Francisella tularensis, патогене растений Xanthomonas oryzae[en] pathovar oryzae и других бактериях. Для поиска малых РНК в геноме бактерий использовали компьютерный анализ и различные лабораторные методы (нозерн-блот, секвенирование РНК, использование микрочипов)[3][4][5][6][7][8][9][10][11].

Происхождение[править | править вики-текст]

Большинство малых РНК бактерий кодируется свободно расположенными генами, локализованными в межгенных участках[en][5][6]. Однако известно, что некоторые малые РНК бактерий могут образовываться из 3'-нетранслируемой области мРНК путём независимой транскрипции или нуклеолитического разрезания[12]. Антисмысловые малые РНК могут рассматриваться как цис-кодируемые малые РНК, если существует перекрывание между геном антисмысловой РНК и геном-мишенью, или как транс-кодируемые малые РНК, если ген антисмысловой РНК и ген-мишень отделены друг от друга[1][13].

Функции[править | править вики-текст]

Малые РНК бактерий могут либо связывать белки-мишени и изменять их функции, либо мРНК-мишени и регулировать экспрессию генов. Как правило, они функционируют за счёт непосредственного спаривания оснований с РНК-мишенями. На этом основан принцип действия ряд быстрых и чувствительных методов для определения мишеней этих РНК, в частности CopraRNA[14][15], IntaRNA[15][16], TargetRNA[17] и RNApredator[18].

Действие на гены домашнего хозяйства[править | править вики-текст]

Среди мишеней малых РНК бактерий есть ряд генов, входящих в число генов домашнего хозяйства. Так, 6S РНК связывается с РНК-полимеразой и регулирует транскрипцию. Транспортно-матричная РНК участвует в синтезе белка, обеспечивая высвобождение рибосом, «зависших» на трансляции мРНК, лишённых стоп-кодона. 4,5S РНК задействована в регуляции частиц распознавания сигнала[en] (англ. signal recognition particle, SRP), необходимых для секреции белков. РНК, входящая в состав РНКазы Р[en], участвует в созревании тРНК[19][20].

Ответ на стресс[править | править вики-текст]

Многие малые РНК бактерий задействованы в регуляции ответа на стресс[21]. Они экспрессируются в стрессовых условиях, например, в условиях холодового шока[en], недостатка железа, сахаров, в случае активации SOS-ответа[20]. При нехватке азота цианобактерии экспрессируют особую малую РНК — индуцированную азотным стрессом РНК 1 (англ. nitrogen stress-induced RNA 1, NsiR1)[22].

Регуляция экспрессии rpoS[править | править вики-текст]

Ген rpoS[en] у Escherichia coli кодирует белок сигма 38 — один из сигма-факторов[en] РНК-полимеразы, который регулирует ответ на стрессовые условия и функционирует как транскрипционный регулятор многих генов, участвующих в адаптации клетки. Трансляцию сигма 38 регулируют по меньшей мере три малые РНК: DsrA, RprA и OxyS. DsrA и RprA активируют трансляцию, связываясь с лидерной последовательностью за счёт спаривания оснований и тем самым не давая образоваться шпильке, препятствующей связыванию рибосомы. OxyS, напротив, подавляет трансляцию. Уровень DsrA повышается в ответ на низкие температуры и осмотический стресс[en], уровень RprA — в ответ на осмотический стресс и стресс, связанный с поверхностью клетки, таким образом, в ответ на эти условия уровень сигма 38 повышается. Уровень OxyS увеличивается в ответ на окислительный стресс, поэтому в этих условиях экспрессия гена rpoS подавляется[20][23][24].

Регуляция белков внешней мембраны[править | править вики-текст]

Внешняя мембрана[en] у грамотрицательных бактерий служит барьером, препятствующим попаданию токсинов внутрь клетки, и играет ключевую роль в выживании бактерий в самых разнообразных условиях. В число белков внешней мембраны (англ. outer membrane proteins, OMPs) входят порины[en] и адгезины[en]. Экспрессия этих белков регулируется многочисленными малыми РНК. Порины OmpC и OmpF отвечают за транспорт метаболитов и токсинов через мембрану. Экспрессия этих двух белков регулируется малыми РНК MicC[en] и MicF[en] в ответ на стрессовые условия[25][26][27]. Белок внешней мембраны OmpA[en] прикрепляет внешнюю мембрану к муреиновому слою, расположенному в периплазматическом пространстве. Его экспрессия отрицательно регулируется в стационарной фазе роста[en]. У E. coli уровень OmpA уменьшает малая РНК MicA[en], а у Vibrio cholerae синтез OmpA в ответ на стресс подавляется посредством малой РНК VrrA[en][25][28].

Вирулентность[править | править вики-текст]

У некоторых бактерий малые РНК регулируют гены вирулентности. У Salmonella островок патогенности[en] кодирует малую РНК InvR, которая подавляет синтез главного белка внешней мембраны[en] OmpD. Другая коактивируемая малая РНК, DapZ, подавляет синтез транспортёров олигопептидов Opp/Dpp, локализованных во внешней мембране[12]. Малая РНК SgrS регулирует экспрессию секретируемого эффекторного белка SopD[4]. У Staphylococcus aureus РНКIII регулирует ряд генов, участвующих в синтезе токсинов, ферментов и поверхностных белков. У Streptococcus pyogenes малые РНК FasX[en] и Pel кодируются локусами, ассоциированными с вирулетностью. Pel активирует синтез поверхностных и секретируемых белков[20].

Чувство кворума[править | править вики-текст]

У бактерий рода Vibrio малая РНК Qrr[en] и шаперон Hfq[en] участвуют в регуляции чувства кворума. Qrr регулирует синтез нескольких белков, в том числе основных регуляторов чувства кворума — LuxR и HapR[29][30].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Vogel J., Wagner E. G. Target identification of small noncoding RNAs in bacteria. (англ.) // Current opinion in microbiology. — 2007. — Vol. 10, no. 3. — P. 262—270. — DOI:10.1016/j.mib.2007.06.001. — PMID 17574901. исправить
  2. Viegas S. C., Arraiano C. M. Regulating the regulators: How ribonucleases dictate the rules in the control of small non-coding RNAs. (англ.) // RNA biology. — 2008. — Vol. 5, no. 4. — P. 230—243. — PMID 18981732. исправить
  3. Hershberg R., Altuvia S., Margalit H. A survey of small RNA-encoding genes in Escherichia coli. (англ.) // Nucleic acids research. — 2003. — Vol. 31, no. 7. — P. 1813—1820. — PMID 12654996. исправить
  4. 1 2 Vogel J. A rough guide to the non-coding RNA world of Salmonella. (англ.) // Molecular microbiology. — 2009. — Vol. 71, no. 1. — P. 1—11. — DOI:10.1111/j.1365-2958.2008.06505.x. — PMID 19007416. исправить
  5. 1 2 Wassarman K. M., Repoila F., Rosenow C., Storz G., Gottesman S. Identification of novel small RNAs using comparative genomics and microarrays. (англ.) // Genes & development. — 2001. — Vol. 15, no. 13. — P. 1637—1651. — DOI:10.1101/gad.901001. — PMID 11445539. исправить
  6. 1 2 Argaman L., Hershberg R., Vogel J., Bejerano G., Wagner E. G., Margalit H., Altuvia S. Novel small RNA-encoding genes in the intergenic regions of Escherichia coli. (англ.) // Current biology : CB. — 2001. — Vol. 11, no. 12. — P. 941—950. — PMID 11448770. исправить
  7. Rivas E., Klein R. J., Jones T. A., Eddy S. R. Computational identification of noncoding RNAs in E. coli by comparative genomics. (англ.) // Current biology : CB. — 2001. — Vol. 11, no. 17. — P. 1369—1373. — PMID 11553332. исправить
  8. Schlüter J. P., Reinkensmeier J., Daschkey S., Evguenieva-Hackenberg E., Janssen S., Jänicke S., Becker J. D., Giegerich R., Becker A. A genome-wide survey of sRNAs in the symbiotic nitrogen-fixing alpha-proteobacterium Sinorhizobium meliloti. (англ.) // BMC genomics. — 2010. — Vol. 11. — P. 245. — DOI:10.1186/1471-2164-11-245. — PMID 20398411. исправить
  9. Axmann I. M., Kensche P., Vogel J., Kohl S., Herzel H., Hess W. R. Identification of cyanobacterial non-coding RNAs by comparative genome analysis. (англ.) // Genome biology. — 2005. — Vol. 6, no. 9. — P. 73. — DOI:10.1186/gb-2005-6-9-r73. — PMID 16168080. исправить
  10. Postic G., Frapy E., Dupuis M., Dubail I., Livny J., Charbit A., Meibom K. L. Identification of small RNAs in Francisella tularensis. (англ.) // BMC genomics. — 2010. — Vol. 11. — P. 625. — DOI:10.1186/1471-2164-11-625. — PMID 21067590. исправить
  11. Liang H., Zhao Y. T., Zhang J. Q., Wang X. J., Fang R. X., Jia Y. T. Identification and functional characterization of small non-coding RNAs in Xanthomonas oryzae pathovar oryzae. (англ.) // BMC genomics. — 2011. — Vol. 12. — P. 87. — DOI:10.1186/1471-2164-12-87. — PMID 21276262. исправить
  12. 1 2 Chao Y., Papenfort K., Reinhardt R., Sharma C. M., Vogel J. An atlas of Hfq-bound transcripts reveals 3' UTRs as a genomic reservoir of regulatory small RNAs. (англ.) // The EMBO journal. — 2012. — Vol. 31, no. 20. — P. 4005—4019. — DOI:10.1038/emboj.2012.229. — PMID 22922465. исправить
  13. Cao Y., Wu J., Liu Q., Zhao Y., Ying X., Cha L., Wang L., Li W. sRNATarBase: a comprehensive database of bacterial sRNA targets verified by experiments. (англ.) // RNA (New York, N.Y.). — 2010. — Vol. 16, no. 11. — P. 2051—2057. — DOI:10.1261/rna.2193110. — PMID 20843985. исправить
  14. Wright P. R., Richter A. S., Papenfort K., Mann M., Vogel J., Hess W. R., Backofen R., Georg J. Comparative genomics boosts target prediction for bacterial small RNAs. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2013. — Vol. 110, no. 37. — P. 3487—3496. — DOI:10.1073/pnas.1303248110. — PMID 23980183. исправить
  15. 1 2 Wright P. R., Georg J., Mann M., Sorescu D. A., Richter A. S., Lott S., Kleinkauf R., Hess W. R., Backofen R. CopraRNA and IntaRNA: predicting small RNA targets, networks and interaction domains. (англ.) // Nucleic acids research. — 2014. — Vol. 42. — P. 119—123. — DOI:10.1093/nar/gku359. — PMID 24838564. исправить
  16. Busch A., Richter A. S., Backofen R. IntaRNA: efficient prediction of bacterial sRNA targets incorporating target site accessibility and seed regions. (англ.) // Bioinformatics. — 2008. — Vol. 24, no. 24. — P. 2849—2856. — DOI:10.1093/bioinformatics/btn544. — PMID 18940824. исправить
  17. Tjaden B., Goodwin S. S., Opdyke J. A., Guillier M., Fu D. X., Gottesman S., Storz G. Target prediction for small, noncoding RNAs in bacteria. (англ.) // Nucleic acids research. — 2006. — Vol. 34, no. 9. — P. 2791—2802. — DOI:10.1093/nar/gkl356. — PMID 16717284. исправить
  18. Eggenhofer F., Tafer H., Stadler P. F., Hofacker I. L. RNApredator: fast accessibility-based prediction of sRNA targets. (англ.) // Nucleic acids research. — 2011. — Vol. 39. — P. 149—154. — DOI:10.1093/nar/gkr467. — PMID 21672960. исправить
  19. Wassarman K. M. 6S RNA: a small RNA regulator of transcription. (англ.) // Current opinion in microbiology. — 2007. — Vol. 10, no. 2. — P. 164—168. — DOI:10.1016/j.mib.2007.03.008. — PMID 17383220. исправить
  20. 1 2 3 4 Christian Hammann; Nellen, Wolfgang. Small RNAs:: Analysis and Regulatory Functions (Nucleic Acids and Molecular Biology). — Berlin: Springer, 2005. — ISBN 3-540-28129-0.
  21. Caswell C. C., Oglesby-Sherrouse A. G., Murphy E. R. Sibling rivalry: related bacterial small RNAs and their redundant and non-redundant roles. (англ.) // Frontiers in cellular and infection microbiology. — 2014. — Vol. 4. — P. 151. — DOI:10.3389/fcimb.2014.00151. — PMID 25389522. исправить
  22. Ionescu D., Voss B., Oren A., Hess W. R., Muro-Pastor A. M. Heterocyst-specific transcription of NsiR1, a non-coding RNA encoded in a tandem array of direct repeats in cyanobacteria. (англ.) // Journal of molecular biology. — 2010. — Vol. 398, no. 2. — P. 177—188. — DOI:10.1016/j.jmb.2010.03.010. — PMID 20227418. исправить
  23. Repoila F., Majdalani N., Gottesman S. Small non-coding RNAs, co-ordinators of adaptation processes in Escherichia coli: the RpoS paradigm. (англ.) // Molecular microbiology. — 2003. — Vol. 48, no. 4. — P. 855—861. — PMID 12753181. исправить
  24. Benjamin J. A., Desnoyers G., Morissette A., Salvail H., Massé E. Dealing with oxidative stress and iron starvation in microorganisms: an overview. (англ.) // Canadian journal of physiology and pharmacology. — 2010. — Vol. 88, no. 3. — P. 264—272. — DOI:10.1139/Y10-014. — PMID 20393591. исправить
  25. 1 2 Vogel J., Papenfort K. Small non-coding RNAs and the bacterial outer membrane. (англ.) // Current opinion in microbiology. — 2006. — Vol. 9, no. 6. — P. 605—611. — DOI:10.1016/j.mib.2006.10.006. — PMID 17055775. исправить
  26. Delihas N., Forst S. MicF: an antisense RNA gene involved in response of Escherichia coli to global stress factors. (англ.) // Journal of molecular biology. — 2001. — Vol. 313, no. 1. — P. 1—12. — DOI:10.1006/jmbi.2001.5029. — PMID 11601842. исправить
  27. Chen S., Zhang A., Blyn L. B., Storz G. MicC, a second small-RNA regulator of Omp protein expression in Escherichia coli. (англ.) // Journal of bacteriology. — 2004. — Vol. 186, no. 20. — P. 6689—6697. — DOI:10.1128/JB.186.20.6689-6697.2004. — PMID 15466019. исправить
  28. Song T., Wai S. N. A novel sRNA that modulates virulence and environmental fitness of Vibrio cholerae. (англ.) // RNA biology. — 2009. — Vol. 6, no. 3. — P. 254—258. — PMID 19411843. исправить
  29. Lenz D. H., Mok K. C., Lilley B. N., Kulkarni R. V., Wingreen N. S., Bassler B. L. The small RNA chaperone Hfq and multiple small RNAs control quorum sensing in Vibrio harveyi and Vibrio cholerae. (англ.) // Cell. — 2004. — Vol. 118, no. 1. — P. 69—82. — DOI:10.1016/j.cell.2004.06.009. — PMID 15242645. исправить
  30. Bardill J. P., Zhao X., Hammer B. K. The Vibrio cholerae quorum sensing response is mediated by Hfq-dependent sRNA/mRNA base pairing interactions. (англ.) // Molecular microbiology. — 2011. — Vol. 80, no. 5. — P. 1381—1394. — DOI:10.1111/j.1365-2958.2011.07655.x. — PMID 21453446. исправить

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]