ARN pequeño bacteriano - Bacterial small RNA

Los ARN pequeños bacterianos ( ARNc ) son ARN pequeños producidos por bacterias ; son moléculas de ARN no codificantes de 50 a 500 nucleótidos , muy estructuradas y que contienen varios bucles madre . Se han identificado numerosos ARNs mediante análisis computacional y técnicas de laboratorio, como transferencia Northern , microarrays y RNA-Seq en varias especies bacterianas, incluida Escherichia coli , el patógeno modelo Salmonella , la alfaproteobacteria fijadora de nitrógeno Sinorhizobium meliloti , cianobacterias marinas , Francisella tularensis (el agente causante de la tularemia ), Streptococcus pyogenes , el patógeno Staphylococcus aureus , y la planta patógeno Xanthomonas oryzae patovar oryzae . Los ARNs bacterianos afectan la forma en que se expresan los genes dentro de las células bacterianas a través de la interacción con ARNm o proteínas y, por lo tanto, pueden afectar una variedad de funciones bacterianas como el metabolismo, la virulencia, la respuesta al estrés ambiental y la estructura.

Origen

En la década de 1960, se utilizó la abreviatura sRNA para referirse a "RNA soluble", que ahora se conoce como ARN de transferencia o tRNA (para un ejemplo de la abreviatura utilizada en este sentido, véase). Ahora se sabe que la mayoría de los ARNs bacterianos están codificados por genes independientes ubicados en las regiones intergénicas (IGR) entre dos genes conocidos. Sin embargo, se muestra que una clase de ARNs se deriva de la 3'-UTR de los ARNm mediante transcripción independiente o escisión nucleolítica.

El primer ARNs bacteriano se descubrió y caracterizó en 1984. Se descubrió que MicF en E. coli regula la expresión de un gen estructural clave que forma la membrana externa de la célula de E. coli . Poco después, el Staphylococcus aureus sRNA ARNIII fue encontrado para actuar como un regulador global de S. aureus virulencia y la secreción de la toxina. Desde estos descubrimientos iniciales, se han identificado más de seis mil ARNs bacterianos, principalmente a través de experimentos de secuenciación de ARN .

Técnicas

Se pueden utilizar varias técnicas de laboratorio y bioinformáticas para identificar y caracterizar las transcripciones de ARNm.

  • La secuenciación de ARN , o ARN-seq, se usa para analizar los niveles de expresión de todas las transcripciones en un genoma, incluidos los ARNs.
  • Los microarrays utilizan sondas de ADN complementarias para unirse a posibles loci de ARNs en regiones intergénicas.
  • La transferencia Northern puede revelar un posible tamaño de transcripción de ARNs y niveles de expresión al ejecutar una muestra de ARN mixta en un gel de agarosa y sondear el ARNs deseado.
  • El software de predicción de objetivos puede predecir posibles interacciones entre ARNm y ARNm al encontrar regiones de complementariedad dentro de las secuencias diana de ARNm y ARNm.
  • El entrecruzamiento de ARNasa puede validar experimentalmente las interacciones de ARNm y ARNm mediante el entrecruzamiento de un ARNc y su objetivo con luz ultravioleta, junto con enzimas ARNasa que también suelen participar en la interacción. A continuación, se puede aislar y analizar el híbrido de ARNm: ARNm.

Función

Cuatro mecanismos comunes de interacción de ARNs bacteriano con ARNm o proteínas dianas.

Los ARNs bacterianos tienen una amplia variedad de mecanismos reguladores. Generalmente, los ARNs pueden unirse a proteínas objetivo y modificar la función de la proteína unida. Alternativamente, los ARNs pueden interactuar con objetivos de ARNm y regular la expresión génica uniéndose a ARNm complementario y bloqueando la traducción, o desenmascarando o bloqueando el sitio de unión al ribosoma .

Los ARNs que interactúan con el ARNm también se pueden clasificar como de acción cis o trans . Los sRNA que actúan sobre C is interactúan con genes codificados en el mismo locus genético que el sRNA. Algunos ARNs que actúan en cis actúan como riboswitches , que tienen receptores para señales ambientales o metabólicas específicas y activan o reprimen genes basados ​​en estas señales. Por el contrario, los ARNs codificados en trans interactúan con genes en loci separados.

Limpieza interna

Entre los objetivos de los ARNs se encuentran varios genes domésticos. El ARN 6S se une a la ARN polimerasa y regula la transcripción , el ARNtm tiene funciones en la síntesis de proteínas, incluido el reciclaje de ribosomas estancados , el ARN 4.5S regula la partícula de reconocimiento de señales (SRP) , que es necesaria para la secreción de proteínas y la ARNasa P está involucrada en maduración de tRNA .

Respuesta al estrés

Muchos ARNs están involucrados en la regulación de la respuesta al estrés. Se expresan en condiciones de estrés como choque frío , agotamiento de hierro , inicio de la respuesta SOS y estrés por azúcar. Se ha descubierto que el pequeño ARN ryfA afecta la respuesta al estrés de E. coli uropatógena bajo estrés osmótico y oxidativo. El ARN 1 inducido por estrés por nitrógeno de ARN pequeño (NsiR1) es producido por cianobacterias en condiciones de privación de nitrógeno . Los ARNs de las cianobacterias NisR8 y NsiR9 podrían estar relacionados con la diferenciación de las células fijadoras de nitrógeno ( heterocistos ).

Regulación de RpoS

El gen RpoS en E. coli codifica sigma 38 , un factor sigma que regula la respuesta al estrés y actúa como regulador transcripcional para muchos genes implicados en la adaptación celular. Al menos tres sRNA, DsrA, RprA y OxyS, regulan la traducción de RpoS. DsrA y RprA activan la traducción de RpoS mediante el emparejamiento de bases con una región en la secuencia líder del ARNm de RpoS e interrumpen la formación de una horquilla que libera el sitio de carga del ribosoma. OxyS inhibe la traducción de RpoS. Los niveles de DsrA aumentan en respuesta a las bajas temperaturas y el estrés osmótico , y los niveles de RprA aumentan en respuesta al estrés osmótico y al estrés de la superficie celular, lo que aumenta los niveles de RpoS en respuesta a estas condiciones. Los niveles de OxyS aumentan en respuesta al estrés oxidativo , por lo que inhiben la RpoS en estas condiciones.

Regulación de las proteínas de la membrana externa.

La membrana externa de las bacterias gramnegativas actúa como una barrera para prevenir la entrada de toxinas en la célula bacteriana y juega un papel en la supervivencia de las células bacterianas en diversos ambientes. Las proteínas de la membrana externa (OMP) incluyen porinas y adhesinas . Numerosos ARNs regulan la expresión de OMP. Las porinas OmpC y OmpF son responsables del transporte de metabolitos y toxinas. La expresión de OmpC y OmpF está regulada por los ARNs MicC y MicF en respuesta a condiciones de estrés. La proteína de la membrana externa OmpA ancla la membrana externa a la capa de mureína del espacio periplásmico . Su expresión está regulada a la baja en la fase estacionaria del crecimiento celular. En E. coli, el ARNm MicA agota los niveles de OmpA, en Vibrio cholerae, el ARNm VrrA reprime la síntesis de OmpA en respuesta al estrés.

Virulencia

En algunas bacterias, los ARNs regulan los genes de virulencia. En Salmonella , la isla de patogenicidad codificada por InvR RNA reprime la síntesis de la principal proteína de la membrana externa OmpD; otro ARNc de DapZ coactivado de 3'-UTR reprime abundantes transportadores de oligopéptidos Opp / Dpp de membrana; y SgrS sRNA regula la expresión de la proteína efectora secretada SopD. En Staphylococcus aureus , RNAIII regula una serie de genes implicados en la producción de toxinas y enzimas y proteínas de la superficie celular. El ARNr de FasX es el único ARN regulador bien caracterizado que se sabe que controla la regulación de varios factores de virulencia en Streptococcus pyogenes , incluidas las proteínas de adhesión asociadas a la superficie celular y los factores secretados.

La detección de quórum

En las especies de Vibrio , los ARNs de Qrr y la proteína acompañante Hfq están involucrados en la regulación de la detección de quórum . Los ARNs de Qrr regulan la expresión de varios ARNm, incluidos los reguladores maestros de detección de quórum LuxR y HapR.

Ver también: VqmR sRNA

Formación de biopelículas

La biopelícula es un tipo de patrón de crecimiento bacteriano en el que múltiples capas de células bacterianas se adhieren a la superficie del huésped. Este modo de crecimiento se encuentra a menudo en bacterias patógenas, incluida Pseudomonas aeruginosa , que pueden formar una biopelícula persistente dentro del tracto respiratorio y causar una infección crónica. Se encontró que el sRNA SbrA de P. aeruginosa era necesario para la formación completa de biopelículas y la patogenicidad. Una cepa mutante de P. aeruginosa con SbrA eliminado formó una biopelícula un 66% más pequeña y su capacidad para infectar un modelo de nematodo se redujo casi a la mitad en comparación con la P. aeruginosa de tipo salvaje .

Resistencia antibiótica

Varios ARNs bacterianos participan en la regulación de genes que confieren resistencia a los antibióticos . Por ejemplo, el sRNA DsrA regula una bomba de eflujo de fármaco en E. coli , que es un sistema que bombea antibióticos mecánicamente fuera de las células bacterianas. E. coli MicF también contribuye a la resistencia de las cefalosporinas a los antibióticos , ya que regula las proteínas de membrana implicadas en la captación de esta clase de antibióticos.

Predicción de destino

Para comprender la función de un ARNs, se necesita principalmente describir sus objetivos. Aquí, las predicciones de objetivos representan un método rápido y gratuito para la caracterización inicial de objetivos putativos, dado que el sRNA realmente ejerce su función a través del emparejamiento directo de bases con un ARN objetivo. Algunos ejemplos son CopraRNA, IntaRNA, TargetRNA y RNApredator. Se ha demostrado que la predicción de la diana para ARNs de enterobacterias puede beneficiarse de mapas de unión de Hfq a nivel de transcriptoma .

Bases de datos

  • BSRD ( kwanlab.bio.cuhk.edu.hk/BSRD ) es un repositorio de secuencias de sRNA publicadas con múltiples anotaciones y perfiles de expresión.
  • SRD ( srd.genouest.org/ ) es una base de datos de ARNs de Staphylococcus aureus con secuencias, estructuras predichas y sitios de inicio y finalización del genoma.
  • sRNAdb ( http://srnadb.fb11.uni-giessen.de/sRNAdb ) es una base de datos de sRNA de especies bacterianas Gram-positivas con anotación de secuencia.

Ver también

Referencias