rpoS -rpoS

Az rpoS gén ( R NA po limeráz, sigma S , más néven katF) kódolja a szigma faktort, a sigma-38-at (σ38 vagy RpoS), egy 37,8 kD-os fehérjét Escherichia coliban . A szigma faktorok olyan fehérjék, amelyek szabályozzák a baktériumok transzkripcióját . A Sigma faktorok a különböző környezeti feltételek hatására aktiválhatók. Az rpoS a késői exponenciális fázisban íródik át, és az RpoS az állófázisú gének elsődleges szabályozója. Az RpoS az általános stresszválasz központi szabályozója, és mind visszamenőleges, mind proaktív módon működik: nemcsak lehetővé teszi a sejt számára, hogy túlélje a környezeti kihívásokat, hanem felkészíti a cellát a későbbi feszültségekre is (keresztvédelem). A CsgD transzkripciós szabályozó központi szerepet játszik a biofilm képződésében, szabályozza a göndör strukturális és export fehérjék expresszióját, valamint a diguanilát -ciklázt, az adrA -t, amely közvetve aktiválja a cellulóz termelést. Az rpoS gén nagy valószínűséggel a gammaproteobaktériumokból származik .

Környezeti jelzés az aktiváláshoz: az RpoS szabályozása

Az RpoS -t szabályozó szabályozási mechanizmusok a gén- és fehérjeszervezés különböző szintjein léteznek: transzkripció , transzláció , lebomlás és fehérjeaktivitás. Ezek a folyamatok olyan stressz hatására következnek be, mint az UV- közeli sugárzás , sav , hőmérséklet vagy ozmotikus sokk , oxidatív stressz és tápanyaghiány. Noha sok kulcsfontosságú szabályozó szervezetet azonosítottak ezeken a területeken, a pontos mechanizmusok, amelyekkel jelzik az rpoS transzkripciót, transzlációt, proteolízist vagy aktivitást, nagyrészt nem jellemzőek.

Az rpoS transzkripciós szabályozása

Transzkripciója rpoS az E. coli elsősorban szabályozza a kromoszomális rpoSp promoter. Az rpoSp elősegíti az rpoS mRNS transzkripcióját , és indukálódik, amikor stacionárius fázisba lép a gazdag táptalajon növekvő sejtekben, ismeretlen mechanizmuson keresztül. A szegélyező rpoSp két feltételezett cAMP -CRP (ciklikus AMP -cAMP receptor fehérje ) kötőhely, amelyek úgy tűnik, hogy antagonista módon szabályozzák az rpoS transzkripciót. A fő rpoS promótertől felfelé elhelyezkedő első hely helyzete egy „klasszikus aktivátornak” felel meg, amely hasonlóan megtalálható a lac promóterben, ezáltal arra utalva, hogy a transzkripcióra gyakorolt ​​hatásai aktiválóak (Lange és Hengge-Aronis, 1994); ezzel szemben a második cAMP-CRP hely elhelyezkedése gátló hatást jelez. Az exponenciális fázisban a crp mutánsok magas rpoS expressziót mutatnak , ami arra utal, hogy a cAMP-CRP gátolja az rpoS transzkripciót. A stacionárius fázisba való belépéskor viszont a cAMP-CRP fokozhatja az rpoS transzkripciót ( Hengge -Aronis, 2002). Bár ezek a megfigyelések megmagyarázhatják a cAMP-CRP kötőhelyek látszólag kettős jellegét, magyarázatot igényelnek a cAMP-CRP hely aktiválás fázisfüggő kiválasztásáról, hogy teljes mértékben figyelembe vegyék az ellentmondó adatokat. Az rpoS transzkripció további szabályozási szabályai a következők: BarA, egy hisztidin szenzor kináz, amely aktiválhatja az OmpR -t és ezáltal elősegítheti a porin szintézist; olyan kis molekulák szintje, mint a ppGppp, amelyek gátolhatják a transzkripciós megnyúlást vagy stabilitást aminosavkorlátozásra vagy szén-, nitrogén- vagy foszforéhezésre adott válaszként (Gentry et al. , 1993). Az rpoS transzkripció számos ellenőrzése ellenére a sejtek rpoS mRNS szintje magas marad az exponenciális fázisban, és az extracelluláris ingerek többsége nem befolyásolja jelentősen az rpoS transzkripciót.

Az rpoS transzlációs ellenőrzése

A legtöbb RpoS kifejezést transzlációs szinten határozzák meg. Az sRNS -ek (kis, nem kódoló RNS -ek ) érzékelik a környezeti változásokat, és növelik az rpoS mRNS transzlációját, hogy a sejt megfelelően alkalmazkodjon a külső stresszhez. A 85 nukleotid sRNS DsrA promotere hőmérséklet-érzékeny transzkripciós iniciációs termokontrollt tartalmaz, mivel magas (42 ° C) hőmérsékleten elnyomják, de alacsony (25 ° C) hőmérsékleten (talán komplementer kötődéssel) indukálja az rpoS- t. Egy másik sRNS, az RprA stimulálja az rpoS transzlációt, válaszul az RcsC szenzor kinázon keresztül jelzett sejtfelületi feszültségre . A harmadik típusú sRNS -t, az OxyS -t az OxyR, az oxidatív sokk elsődleges érzékelője szabályozza. Az a mechanizmus, amellyel az OxyS zavarja az rpoS mRNS transzlációs hatékonyságát , nem ismert. Azonban a Hfq RNS-kötő fehérje részt vesz a folyamatban. A Hfq in vitro kötődik az rpoS mRNS -hez , és ezáltal módosíthatja az rpoS mRNS szerkezetét az optimális transzláció érdekében. A Hfq aktiválja a DsrA -t és az RprA -t is. Ezzel szemben a LeuO gátolja az rpoS transzlációt a dsrA expresszió elnyomásával, és a hisztonszerű HN-S fehérje (és annak paralog StpA) gátolja az rpoS transzlációt egy ismeretlen mechanizmuson keresztül. Ezenkívül a H-NS, a LeuO, a Hfq és a DsrA összekapcsolt szabályozási hálózatot alkot, amely végső soron szabályozza az rpoS fordítást.

Kimutatták, hogy az RpoS transzláció más baktériumfajokban is kontrollált, az Escherichia coli mellett. Pl. Az opportunista emberi kórokozóban, a Pseudomonas aeruginosában az sRNS ReaL transzlációs módon elnémítja az rpoS mRNS -t.

RpoS degradáció

Az RpoS proteolízis a szigma faktor szabályozásának egy másik szintjét képezi. A lebomlás a ClpXP-n keresztül történik, egy hordó alakú proteázon, amely az ATP-függő ClpX chaperone két hat alegységből álló gyűrűjéből áll, és amelyek a ClpP két hét alegységgyűrűjét veszik körül (Repoila et al. , 2003). Az RssB válaszszabályozót σS-specifikus felismerési tényezőként azonosították az RpoS lebontása szempontjából. További tényezők, amelyekről ismert, hogy szabályozzák az RpoS proteolízist, de hiányosan jellemzett mechanizmusok révén: RssA, amely ugyanazon az operonon található, mint az RssB; H-NS és DnaK , amelyek egyaránt szabályozzák az rpoS mRNS transzlációt, és az LrhA; és az acetil -foszfát befolyásolja az RpoS proteolízist azáltal, hogy az RssB foszforil -donoraként működik.

Az RpoS regulon

A bakteriális stresszválasz fő vezérlőjeként betöltött szerepével összhangban az RpoS szabályozza a különböző funkcionális kategóriákba tartozó stressz-válasz gének expresszióját: stresszrezisztencia, sejtmorfológia, anyagcsere , virulencia és lízis .

Stresszállóság

Az RpoS vezérlés alatt álló számos gén stresszállóságot biztosít az olyan támadásokkal szemben, mint a DNS -károsodás , a reaktív oxigénfajok jelenléte és az ozmotikus sokk . Az xthA terméke egy exonukleáz, amely részt vesz a DNS javításában azáltal, hogy felismeri és eltávolítja az 5 'monofoszfátokat a károsodott DNS abasikus helyei közelében. Hasonlóképpen, a katI és a katE által kódolt HPI és HPII katalázok a káros hidrogén -peroxid -molekulákat vízzé és oxigénné alakítják át. A otsBA géntermék trehalózt funkcionál osmoprotectant és szükséges kiszárítására ellenállás. Az oxidatív stresszben részt vevő további RpoS-függő tényezők közé tartozik a glutation-reduktáz ( gor által kódolt ) és a szuperoxid-diszmutáz ( sodC által kódolt ).

A B. pseudomallei -vel végzett összehasonlító proteomikai analízis segítségével azt is megállapították, hogy az rpoS nyolc oxidatívra reagáló fehérjét szabályoz, beleértve a ScoA -t (SCOT alegység), amely korábban nem ismert az oxidatív stresszválaszról. A szabályozó hatás ebben az esetben az RpoS down SCOT expresszió szabályozása a B. pseudomallei oxidatív stresszére adott válaszként .

Morfológia

Az RpoS-függő gének, amelyek részt vesznek a sejtmembrán permeabilitásában és az általános sejtmorfológiában, többnyire az osm géncsaládba tartoznak . Az osmB egy külső membrán lipoproteint kódol, amely szerepet játszhat a sejtek aggregációjában (Jung és mtsai , 1990), míg az osmY egy periplazmatikus fehérjét kódol. A sejt méretét és alakját meghatározó további RpoS-függő tényezők közé tartozik a bolA morfogen és az ftsQAZ operon termékei, amelyek szerepet játszanak a sejtosztódás időzítésében. A sejt alakjának, a sejtosztódásnak és a sejt-sejt kölcsönhatásnak a szabályozása valószínűleg fontos lesz a sejtproliferáció gátlásában, és ezáltal erőforrások elosztásában a sejtek túléléséhez a stresszes időszakokban.

Anyagcsere

A metabolikusan optimális túlélési feltételek közé tartozik az RpoS-függő csökkent Krebs-ciklus aktivitás és a fokozott glikolitikus aktivitás, hogy korlátozzák a reaktív oxigénfajokat, amelyek az alapvető sejtfolyamatok eredményeként keletkeznek. A piruvát Krebs-ciklusba való belépését gátolja az RpoS-függő poxB gén terméke . Az anyagcsere -aktivitás általános lassulása összhangban van az energiamegtakarítással és a stressz -időszakokban a növekedés csökkenésével.

Virulencia

Védekező mechanizmusként a befogadó környezet ellenséges a behatoló kórokozókkal szemben. Ezért a fertőzés stresszes esemény lehet a patogén baktériumok számára, és a virulencia gének szabályozása időlegesen korrelálhat a kórokozók által történő fertőzés időzítésével. Az RpoS-függő virulencia gének Salmonellában történő felfedezése összhangban van az RpoS-szal, mint a stresszválasz általános szabályozójával: az ebben a baktériumban lévő virulencia plazmidon található spv gént az RpoS szabályozza, és szükséges a mély limfoid szövetek, például a lép növekedéséhez és a máj.

Lízis

Az RpoS fontos szerepet játszik a sejtlízis szabályozásában is. Az OmpR-rel együtt fokozza az entericidin ( ecnAB ) lókuszt, amely lízist indukáló toxint kódol. Ezzel szemben az ssnA -t az RpoS negatívan szabályozza, de elősegíti a lízist is. Paradox módon a lízist bizonyos összefüggésekben túlélési folyamatnak tekintik.

Hivatkozások

További irodalom