rpoS

rpoS


유전자 rpoS(RNA 중합효소, 시그마 S, katF라고도 함)는 대장균에서 37.8 kD 단백질인 시그마 인자 시그마-38(3838, 또는 RPOS)[1]을 인코딩한다.시그마 인자는 박테리아에서 전사를 조절하는 단백질이다.시그마 인자는 다른 환경 조건에 대응하여 활성화될 수 있다. rpoS는 후기 지수상, RpoS는 정지상 유전자의 1차 조절기다.RpoS는 일반적인 스트레스 반응의 중심 조절기로서, 세포가 환경적 도전에서 살아남을 수 있도록 하는 것뿐만 아니라, 이후의 스트레스(크로스 프로텍션)에 대해서도 세포가 준비되도록 하는 소급적 및 능동적 방식으로 작동한다.[2]전사 조절기 CsgD는 컬리 구조 및 수출 단백질의 발현을 제어하는 바이오필름 형성의 중심이며, 셀룰로오스 생산을 간접적으로 활성화하는 디구아닐레이트 사이클라아제 adrA가 있다.[3]rpoS 유전자는 아마도 감마프로테오박테리아에서 유래되었을 것이다.[2]null

환경 신호 활성화: RpoS 규제

RpoS를 제어하는 규제 메커니즘은 전사, 번역, 분해, 단백질 활동 등 다양한 수준의 유전자와 단백질 조직에서 존재한다.이러한 과정은 근 UV 방사선, 산성, 온도 또는 삼투성 쇼크, 산화 스트레스, 영양소 결핍과 같은 스트레스에 반응하여 발생한다.이러한 영역에서 많은 핵심 규제 주체가 확인되었지만, 이들이 rpoS 전사, 번역, 단백질 분해 또는 활동을 신호하는 정확한 메커니즘은 대부분 특성화되지 않은 상태로 남아 있다.null

rpoS 전사 제어

대장균에서의 rpoS 전사는 주로 염색체 rpoSp 프로모터에 의해 조절된다.[4] rpoSp는 rpoS mRNA 전사를 촉진하며, 알 수 없는 메커니즘을 통해 리치 미디어에서 자라는 세포에서 정지 단계에 진입할 때 유도된다.[5]플랭킹 rpoSp는 rpoS 전사를 길항 방식으로 제어하는 것처럼 보이는 2개의 putive cAMP-CRP(순환 AMP-cAMP 수용체 단백질) 결합 부위다.주요 rPOS 추진자의 첫 번째 업스트림 부지의 위치는 lac 추진자에서 유사하게 발견되는 "일반적인 활성제"에 해당하므로 전사 효과가 활성화되고 있음을 시사한다(Lange 및 Hengge-Aronis, 1994) 반면, 두 번째 cAMP-CRP 부지의 위치는 억제 작용을 나타낸다.지수 단계에서 crp 돌연변이는 높은 수준의 rPOS 표현을 나타내며, cAMP-CRP가 rPOS 전사 억제를 시사한다.반면에 정지 단계에 진입할 때 cAMP-CRP는 rPOS 전사를 상향 조정할 수 있다(Hengge-Aronis, 2002).이러한 관찰은 cAMP-CRP 결합 사이트의 겉보기에는 이중적인 성격을 설명할 수 있지만, 모순된 데이터를 완전히 설명하기 위해 cAMP-CRP 사이트 활성화의 위상 의존적 선택에 대한 설명을 요구한다.rpoS 전사에 대한 추가적인 규제 제어는 다음과 같다: OmpR을 활성화하여 포린 합성을 촉진할 수 있는 히스티딘 센서 키나아제, 아미노산 제한에 대응하여 전사의 연장이나 안정성을 저해할 수 있는 ppGppp와 같은 작은 분자의 수준 또는 탄소, 질소 또는 인의 기아(Gentry et) 1993년).rpoS 전사에 대한 수많은 제어에도 불구하고 세포 rpoS mRNA 수준은 지수 단계 동안 높은 상태를 유지하며 대부분의 세포외 자극은 rpoS 전사에 유의미한 영향을 주지 않는다.null

rpoS의 변환 제어

대부분의 RpoS 표현은 변환 수준에서 결정된다.[6] sRNA(소형 비코딩 RNA)는 환경 변화를 감지하고, 그에 따라 세포가 외부 스트레스에 적절히 적응할 수 있도록 rpoS mRNA 변환을 증가시킨다.85 nucleotide sRNA DrsA의 추진자는 고온(42˚C)에서 억제되지만 저온(25˚C) 온도에서 rPOS를 유도(아마도 보완 결합)하므로 온도에 민감한 전사 개시 열전롤을 함유하고 있다.[7]또 다른 sRNA인 RprA는 RcsC 센서 키나제를 통해 신호된 세포 표면 응력에 반응하여 rpoS 번역을 자극한다.[7]세 번째 sRNA 유형인 옥시S는 산화 충격의 일차 센서인 옥시R에 의해 조절된다.[8]옥시S가 rpoS mRNA 변환 효율을 방해하는 메커니즘은 알려져 있지 않다.그러나 RNA 결합 단백질 Hfq는 이 과정에 관여한다.[9]Hfq는 시험관내 rpoS mRNA에 바인딩되므로 최적의 번역을 위해 rpoS mRNA 구조를 수정할 수 있다.Hfq는 Drsa와 RprA를 모두 활성화한다.이와는 대조적으로 LeuO는 drsa표현을 억제하여 rpoS번역을 억제하고 히스톤 유사 단백질 HN-S(및 그 파라로그 StpA)는 알 수 없는 메커니즘을 통해 rpoS번역을 억제한다.또 H-NS, LeuO, Hfq, DrsA는 상호 연결된 규제 네트워크를 형성하여 궁극적으로 rpoS 번역을 제어한다.null

RpoS 번역은 대장균 외에 다른 박테리아 종에서도 통제되는 것으로 나타났다.예: 기회주의적 인간 병원체 Phyomonas aeruginosa에서 sRNA ReaL은 번역적으로 rpoS mRNA를 침묵시킨다.[10]

RpoS 열화

RPOS 단백질 분해는 시그마 인자 규제의 다른 수준을 형성한다.분해는 CLP의 7개 서브 유닛 링 2개를 둘러싸고 있는 ATP 의존성 ClpX 샤페론의 6개 서브 유닛 링 2개로 구성된 배럴 모양의 프로테아제인 ClpXP를 통해 발생한다(Repoila et al., 2003).반응 조절기 RssB는 RpoS 성능 저하에 중요한 σS 고유 인식 계수로 확인되었다.Additional factors known to regulate RpoS proteolysis but via incompletely characterized mechanisms include: RssA which is found on the same operon as RssB; H-NS and DnaK, both of which also regulate rpoS mRNA translation, and LrhA; and acetyl phosphate affects RpoS proteolysis by possibly acting as a phosphoryl donor to RssB.null

RPOS 규정

RpoS는 박테리아 스트레스 반응의 마스터 컨트롤러로서의 역할과 일치하여 스트레스 저항성, 세포 형태학, 신진대사, 바이러스성, 용해성 등 다양한 기능 범주에 속하는 스트레스 반응 유전자의 발현을 조절한다.null

응력저항

RpoS 통제 하에 있는 많은 유전자들은 DNA 손상, 반응성 산소 종의 존재, 삼투성 충격과 같은 공격들에 스트레스 저항성을 부여한다.xthA의 제품은 손상된 DNA에 있는 마비 부위 근처에서 5'의 모노인산염을 인식하여 제거함으로써 DNA 수리에 참여하는 엑소누세제다.[11]마찬가지로, 촉매 HPI와 HPII는 katG와 katE에 의해 암호화되며, 유해한 과산화수소 분자를 물과 산소로 변환한다.[12]otsBA유전자제품 trehalose는 osmoppistant로서 기능하며 desication resistance에 필요하다.[13]산화 스트레스에 관련된 추가적인 RpoS 의존적 요인으로는 글루타티온 환원효소(gor에 의해 인코딩됨), 과산화 디퓨타제(sodC에 의해 인코딩됨)가 있다.[14]null

rPOS는 B. phasomallei와의 비교 단백질 분석을 통해 기존에 산화 응력 반응 관여로 알려져 있지 않은 ScoA(a Scot subunit)를 포함한 8개의 산화 반응 단백질을 조절한다는 사실도 밝혀졌다.이 경우 규제 효과는 B. 가성비의 산화 스트레스에 대응하여 SCOST 발현에 대한 RpoS 다운 조절이다.[15]

형태학

세포막 투과성 변화와 관련된 RpoS 의존적 유전자와 일반 세포 형태학은 대부분 유전자의 osm 계열에 속한다.osmB는 세포 집적에서 역할을 할 수 있는 외부 막 리포프로테인을 암호화하는 반면(Jung et al., 1990),[15] osmY는 경막 단백질을 암호화하고 있다.세포의 크기와 모양을 결정하는 추가적인 RpoS 의존적 요인에는 형태소 볼A와 ftsQ의 제품이 포함된다.세포분열의 타이밍에 역할을 하는 AZ 피연산자.[4]세포 형태, 세포 분열 및 세포-세포 상호작용의 통제는 세포 증식을 억제하고 스트레스 기간 동안 세포 생존에 자원을 배분하는 데 중요할 가능성이 있다.null

신진대사

신진대사적으로 최적의 생존 조건에는 RpoS 의존성 감소 Krebs 주기 활성과 필수 세포 공정의 결과로 생산되는 활성 산소 종을 제한하기 위한 당화 활성 증가가 포함된다.Krebs 사이클에 대한 Pyruvate 진입은 RpoS 의존 유전자 poxB의 산물에 의해 억제된다.대사 활동의 전반적인 둔화는 에너지 절약과 스트레스 기간 동안의 감소된 성장과 일치한다.null

바이럴런스

방어 메커니즘으로서, 숙주 환경은 병원균의 침입에 적대적이다.따라서 감염은 병원성 박테리아에게 스트레스를 주는 사건이 될 수 있으며, 바이러스 유전자의 조절은 병원균에 의한 감염 시기와 일시적으로 상관관계가 있을 수 있다.[16]살모넬라에서 RpoS에 의존하는 독성 유전자의 발견은 스트레스 반응의 일반적인 조절기로서 RpoS와 일치한다: 이 박테리아의 독성 플라스미드에서 발견되는 스프브 유전자는 RpoS에 의해 제어되며 비장과 간 같은 깊은 림프 조직에서의 성장에 필요하다.[17]null

용해

RpoS는 또한 세포 투석을 조절하는데 중요한 역할을 한다.OmpR과 함께 용해유도독소를 인코딩하는 엔티시딘(ecnAB) 로쿠스를 상향 조절한다.[18]이와는 대조적으로 ssnA는 RpoS에 의해 부정적으로 제어되지만 또한 용해도 촉진된다.역설적으로, 용해는 특정한 맥락에서 생존 과정으로 보여진다.null

참조

  1. ^ Lange R, Hengge-Aronis R (January 1991). "Identification of a central regulator of stationary-phase gene expression in Escherichia coli". Molecular Microbiology. 5 (1): 49–59. doi:10.1111/j.1365-2958.1991.tb01825.x. PMID 1849609.
  2. ^ a b Hengge-Aronis R (September 2002). "Signal transduction and regulatory mechanisms involved in control of the sigma(S) (RpoS) subunit of RNA polymerase". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 66 (3): 373–95, table of contents. doi:10.1128/MMBR.66.3.373-395.2002. PMC 120795. PMID 12208995.
  3. ^ Uhlich GA, Chen CY, Cottrell BJ, Hofmann CS, Dudley EG, Strobaugh TP, Nguyen LH (August 2013). "Phage insertion in mlrA and variations in rpoS limit curli expression and biofilm formation in Escherichia coli serotype O157: H7". Microbiology. 159 (Pt 8): 1586–96. doi:10.1099/mic.0.066118-0. PMID 23744902.
  4. ^ a b Lange R, Fischer D, Hengge-Aronis R (August 1995). "Identification of transcriptional start sites and the role of ppGpp in the expression of rpoS, the structural gene for the sigma S subunit of RNA polymerase in Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 177 (16): 4676–80. doi:10.1128/jb.177.16.4676-4680.1995. PMC 177232. PMID 7642494.
  5. ^ Takayanagi Y, Tanaka K, Takahashi H (June 1994). "Structure of the 5' upstream region and the regulation of the rpoS gene of Escherichia coli". Molecular & General Genetics. 243 (5): 525–31. doi:10.1007/bf00284200. PMID 8208244. S2CID 21954728.
  6. ^ Repoila F, Majdalani N, Gottesman S (May 2003). "Small non-coding RNAs, co-ordinators of adaptation processes in Escherichia coli: the RpoS paradigm". Molecular Microbiology. 48 (4): 855–61. doi:10.1046/j.1365-2958.2003.03454.x. PMID 12753181.
  7. ^ a b Sledjeski DD, Gupta A, Gottesman S (August 1996). "The small RNA, DsrA, is essential for the low temperature expression of RpoS during exponential growth in Escherichia coli". The EMBO Journal. 15 (15): 3993–4000. doi:10.1002/j.1460-2075.1996.tb00773.x. PMC 452119. PMID 8670904.
  8. ^ Altuvia S, Weinstein-Fischer D, Zhang A, Postow L, Storz G (July 1997). "A small, stable RNA induced by oxidative stress: role as a pleiotropic regulator and antimutator". Cell. 90 (1): 43–53. doi:10.1016/S0092-8674(00)80312-8. PMID 9230301.
  9. ^ Brown L, Elliott T (July 1996). "Efficient translation of the RpoS sigma factor in Salmonella typhimurium requires host factor I, an RNA-binding protein encoded by the hfq gene". Journal of Bacteriology. 178 (13): 3763–70. doi:10.1128/jb.178.13.3763-3770.1996. PMC 232634. PMID 8682778.
  10. ^ Thi Bach Nguyen H, Romero AD, Amman F, Sorger-Domenigg T, Tata M, Sonnleitner E, Bläsi U (Oct 2018). "Pseudomonas aeruginosa". Frontiers in Microbiology. 9: 2488. doi:10.3389/fmicb.2018.02488. PMC 6215814. PMID 30420839.
  11. ^ Demple B, Halbrook J, Linn S (February 1983). "Escherichia coli xth mutants are hypersensitive to hydrogen peroxide". Journal of Bacteriology. 153 (2): 1079–82. doi:10.1128/JB.153.2.1079-1082.1983. PMC 221738. PMID 6337115.
  12. ^ Schellhorn HE, Stones VL (July 1992). "Regulation of katF and katE in Escherichia coli K-12 by weak acids". Journal of Bacteriology. 174 (14): 4769–76. doi:10.1128/jb.174.14.4769-4776.1992. PMC 206274. PMID 1385595.
  13. ^ Kaasen I, Falkenberg P, Styrvold OB, Strøm AR (February 1992). "Molecular cloning and physical mapping of the otsBA genes, which encode the osmoregulatory trehalose pathway of Escherichia coli: evidence that transcription is activated by katF (AppR)". Journal of Bacteriology. 174 (3): 889–98. doi:10.1128/jb.174.3.889-898.1992. PMC 206167. PMID 1310094.
  14. ^ Becker-Hapak M, Eisenstark A (December 1995). "Role of rpoS in the regulation of glutathione oxidoreductase (gor) in Escherichia coli". FEMS Microbiology Letters. 134 (1): 39–44. doi:10.1111/j.1574-6968.1995.tb07911.x. PMID 8593953.
  15. ^ a b Jung JU, Gutierrez C, Martin F, Ardourel M, Villarejo M (June 1990). "Transcription of osmB, a gene encoding an Escherichia coli lipoprotein, is regulated by dual signals. Osmotic stress and stationary phase". The Journal of Biological Chemistry. 265 (18): 10574–81. doi:10.1016/S0021-9258(18)86985-X. PMID 1693921.
  16. ^ Hengge-Aronis R (September 2002). "Signal transduction and regulatory mechanisms involved in control of the sigma(S) (RpoS) subunit of RNA polymerase". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 66 (3): 373–95, table of contents. doi:10.1128/mmbr.66.3.373-395.2002. PMC 120795. PMID 12208995.
  17. ^ Gulig PA, Danbara H, Guiney DG, Lax AJ, Norel F, Rhen M (March 1993). "Molecular analysis of spv virulence genes of the Salmonella virulence plasmids". Molecular Microbiology. 7 (6): 825–30. doi:10.1111/j.1365-2958.1993.tb01172.x. PMID 8483415. S2CID 43003098.
  18. ^ Bishop RE, Leskiw BK, Hodges RS, Kay CM, Weiner JH (July 1998). "The entericidin locus of Escherichia coli and its implications for programmed bacterial cell death". Journal of Molecular Biology. 280 (4): 583–96. doi:10.1006/jmbi.1998.1894. PMID 9677290.

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