細菌非編碼小RNA分子RyhB的結(jié)構(gòu)與功能

1、ISS N 100727626C N 1123870Q中國生物化學與分子生物學報Chinese Journal of Biochemistry and M olecular Biology2009年7月25(7:590596綜述細菌非編碼小RNA 分子RyhB 的結(jié)構(gòu)與功能程汝濱,苗翠翠,宮倩紅,滿帥,于文功3(中國海洋大學醫(yī)藥學院分子生物學實驗室,青島266003摘要RyhB 是一種大小為90個核苷酸的細菌非編碼小RNA 分子(small noncoding RNA ,sRNA .當鐵缺乏時,RyhB 通過下調(diào)一系列與鐵的儲存和利用相關(guān)蛋白的表達水平以維持體內(nèi)的鐵平衡,而其本身的表達則受到負

2、調(diào)控因子Fur (ferric uptake regulator 的調(diào)節(jié).在體內(nèi),RyhB 與H fq 蛋白和核糖核酸酶E (ribonuclease E ,RNase E 形成核蛋白復(fù)合物sRNP 來發(fā)揮活性.sRNP 通過RyhB 與靶基因的互補配對序列作用于靶基因的核糖體結(jié)合位點,阻斷靶mRNA 的翻譯,并迅速引起靶mRNA 的降解.此外,RyhB 還可以通過影響致病菌的生物膜形成、趨化性、耐酸性等方面的能力對細菌的致病力進行調(diào)節(jié).本文綜述了RyhB 的結(jié)構(gòu)、功能及作用機制方面的研究進展,并對其存在的生理意義進行了探討.關(guān)鍵詞非編碼小RNA ;RyhB ;鐵代謝;致病力調(diào)節(jié);小核蛋白復(fù)合

3、物中圖分類號Q522Structure and Function of B acterial Small N oncoding RNA R yhBCHE NG Ru 2Bin ,MI AO Cui 2Cui ,G ONG Qian 2H ong ,MAN Shuai ,Y U Wen 2G ong3(Department o f Molecular Biology ,School o f Medicine and Pharmacy ,Ocean Univer sity o f China ,Qingdao 266003,Shandong ,China Abstract RyhB is a 90

4、nucleotide bacterial small noncoding RNA (sRNA .It down 2regulates a set of iron 2storage and iron 2using proteins when iron is limiting.H owever ,it is itself negatively regulated by the ferric uptake repress or protein ,Fur (ferric uptake regulator .In vivo ,RyhB forms a ribonucleoprotein com plex

5、 with the H fq 2RNase E protein com plex to act on the ribos ome 2binding site of target mRNAs through RNA 2RNA base 2pairing.This ribonucleoprotein com plex ,which is called sRNP ,could lead to translational repression and rapid mRNA degradation of target gene.In addition ,RyhB could m odulate the

6、virulence of bacterial pathogens by regulating genes inv olved in m otility ,chem otaxis ,biofilm formation and acid resistance.This review is mainly focused on current research in the structure ,biological function and m olecular mechanism of sRNA RyhB.The physiological significance of this small R

7、NA was discussed further.K ey w ords small noncoding RNAs ;RyhB ;iron metabolism ;virulence regulation ;sRNP收稿日期:2009201205;接受日期:2009204203國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃資助項目(NO.2007AA09Z 4183聯(lián)系人T el :0532282031680;E 2mail :yuwg66Received :January 5,2009;Accepted :April 3,2009Supported by National High T echnolog

8、y Research and Development Program of China (863Program ,N o.2007AA09Z 4183C orresponding author T el :0532282031680;E 2mail :yuwg66生物體中的RNA 依據(jù)功能可分為很多類型,其中mRNA 、tRNA 、rRNA 是人們熟知的3個主要類型.隨著對RNA 分子研究的深入,具有調(diào)控功能的非編碼小RNA 分子(small noncoding RNA ,sRNA 日益引起人們的重視,其存在于所有的生物體中,從真核的哺乳動物一直到原核的細菌均有分布15.細菌sRNA 是近年來

9、在細菌等原核生物中發(fā)現(xiàn)的一類RNA 調(diào)控子,它們不編碼蛋白質(zhì),長度在40400個核苷酸之間,廣泛參與體內(nèi)多種生命活動的調(diào)控6,7.在大腸桿菌中,已經(jīng)證明小RNA 分子參與了包括翻譯調(diào)控8、鐵代謝9、膜蛋白生物合成10、糖代謝11、群體感應(yīng)以及致病菌的致病力調(diào)節(jié)等諸多生命過程12,13.根據(jù)作用機制的不同,細菌sRNA 大體可分為3種類型:1本身具有酶催化活性的小RNA ;2和特定的調(diào)控蛋白相互作用,從而影響其功能的小RNA ;3與靶mRNA 配對結(jié)合,通過影響其翻譯效率和穩(wěn)定性來發(fā)揮調(diào)節(jié)功能的小RNA.其中,第3類小RNA分子是迄今為止發(fā)現(xiàn)最多,也是研究最透徹的一類,RyhB是其中功能和作用機

10、制研究比較清楚的一種9,14,15.1R yhB的結(jié)構(gòu)RyhB最初是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的,以后陸續(xù)在其它的細菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了RyhB分子或者與其同源性很高或功能類似的小RNA調(diào)控子14,16.在大腸桿菌中,ryhB基因位于ryhX與ryhY兩個基因的非編碼區(qū)(intergenic regions,IG R之間,長度為322bp.在RyhB的啟動子調(diào)節(jié)區(qū)域有Fur(ferric uptake regulator蛋白的結(jié)合位點,Fur蛋白可通過與此位點結(jié)合來負調(diào)控RyhB的表達15.當環(huán)境中營養(yǎng)貧乏或者鐵離子缺乏時,RyhB的表達量升高.其分子大小為90個核苷酸,由3個模塊部分構(gòu)成,分別為與靶mRNA的

11、序列反向互補的配對結(jié)合區(qū)域,H fq蛋白的結(jié)合區(qū)域和一段不依賴因子的轉(zhuǎn)錄終止末端17(Fig11.RyhB的二級結(jié)構(gòu)中包含了3個莖環(huán)結(jié)構(gòu)域,這有助于增加其在體內(nèi)的穩(wěn)定性,延長它發(fā)揮作用的時間.RyhB中與靶基因配對結(jié)合區(qū)域的序列主要位于二級結(jié)構(gòu)中第二個莖環(huán)的周圍,RyhB通過配對序列與靶基因的5非翻譯區(qū)結(jié)合而發(fā)揮調(diào)控功能.有研究報道,RyhB與靶基因sodB在體內(nèi)的最先識別是通過第2個環(huán)(loop中的9個核苷酸序列(52G AC AUUG C U23開始的,造成這種結(jié)果的原因可能是在RNA的二級結(jié)構(gòu)中,處于環(huán)內(nèi)的序列更易與其它RNA相互作用17.RyhB中H fq的結(jié)合位點為5個富含AU的單鏈

12、RNA序列(52UAUUA23,它位于RyhB的2個莖環(huán)結(jié)構(gòu)之間.因為H fq對細菌非編碼小RNA的識別位點不僅依賴于一級序列,且與結(jié)合位點序列周圍的二級結(jié)構(gòu)有關(guān),H fq對位于莖環(huán)結(jié)構(gòu)之間的富含AU堿基的單鏈RNA具有更高的結(jié)合能力17.RyhB的轉(zhuǎn)錄終止子為典型的不依賴于因子的轉(zhuǎn)錄終止末端,它含有豐富的GC區(qū)域,其后跟隨著5個U串結(jié)構(gòu),GC豐富區(qū)域的RNA序列能夠配對形成一個發(fā)夾狀結(jié)構(gòu),這種RNA 發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)可以有效終止RyhB的轉(zhuǎn)錄并可增加RyhB在體內(nèi)的穩(wěn)定性.最近的研究表明,雖然RyhB 的表達本身受Fur蛋白的調(diào)節(jié),但是RyhB同樣可以通過與Fur蛋白mRNA上游的uof序列結(jié)合,

13、參與調(diào)控Fur蛋白的生物合成,從而形成一個復(fù)雜而精細的調(diào)控回路18 .Fig.1The second ary structure of R yhB15,17The AU2rich H fq binding site of RyhB were indicated with broken line.Above the secondary structure,the primary sequence of RyhB was shown along with its putative binding interaction to the target mRNA sodB.The start codon

14、 for sodB was underlined. RyhB nucleotides participated in the interaction were in bold in the secondary structure2R yhB的功能RyhB的生物功能主要體現(xiàn)在對細胞內(nèi)鐵代謝的調(diào)控和對致病菌致病力調(diào)節(jié)兩個方面.此外, RyhB還可以正調(diào)控一系列其它功能基因的表達.最近的研究還表明,在RyhB缺失的大腸桿菌中醋酸鹽的產(chǎn)生速率和外源蛋白的表達量均明顯降低19.2.1R yhB對體內(nèi)鐵代謝的作用鐵是細菌生存的一種必需的營養(yǎng)元素,但是其濃度過高則會產(chǎn)生毒害作用.在大部分細菌中,鐵的吸收和利

15、用受到負調(diào)控因子鐵吸收調(diào)控蛋白Fur的調(diào)控20,21.當環(huán)境中Fe離子充足時,Fur蛋白與Fe 離子結(jié)合,Fur蛋白被激活,抑制了一系列與鐵吸收有關(guān)蛋白的表達,減少細菌對鐵的攝入;同時可激活一系列儲鐵蛋白和非必須鐵硫蛋白基因的表達,如編碼Fe2S蛋白的琥珀酸鹽脫氫酶等,增加體內(nèi)對鐵的儲存和利用.長期困惑人們的問題是,作為負調(diào)控因子的Fur蛋白如何激活上述基因的表達.隨著小RNA調(diào)節(jié)子RyhB的發(fā)現(xiàn)和研究的深入,這個問題的答案得到了合理的解釋:Fur可以通過調(diào)控RyhB 的表達來間接調(diào)控這些基因的表達15,22.當環(huán)境中鐵離子豐富時,Fur蛋白處于激活狀態(tài),RyhB的表達受到抑制,細菌體內(nèi)編碼儲

16、鐵蛋白的基因(如b fr和非必須的鐵硫蛋白基因(如sdhCDAB操縱子、sodB 基因等得到表達,消耗利用鐵離子,將細胞內(nèi)鐵離子的濃度維持在一個正常的水平;當環(huán)境中Fe離子195第7期程汝濱等:細菌非編碼小RNA分子RyhB的結(jié)構(gòu)與功能濃度不足時,Fur 蛋白處于失活狀態(tài),載鐵蛋白等參與鐵吸收和轉(zhuǎn)運的基因表達升高,增加細菌對鐵的攝入量.與此同時,RyhB 的表達量增加,它通過與上述儲鐵蛋白和非必須鐵硫蛋白的mRNA 配對結(jié)合,降低它們mRNA 的穩(wěn)定性和翻譯效率,使其表達受到抑制,減少體內(nèi)鐵的儲存和消耗(Fig 12.負調(diào)控因子Fur 在小RNA 分子RyhB 的幫助下,將細胞內(nèi)的鐵離子濃度維

17、持在一個恒定的范圍,保證了生命活動的正常進行.有研究表明,當ryhB 基因缺失后,細菌將不能在鐵缺乏的環(huán)境下生存23 .Fig.2Model of Fur and R yhB interaction to regulate iron utilization15,22In the presence of iron ,Fur is active andrepresses a large number of genes inv olved in iron acquisition and the small RNA RyhB.As a consequence ,the expression of ir

18、on 2storage and iron 2using genes is increased.In the absence of iron ,Fur becomes inactive and the expression of genes inv olved in iron acquisition is increased.S imultaneously ,the small RNA RyhB is rapidly synthesized and inhibits translation of numbers of iron 2storage and iron 2using genes現(xiàn)已證明

19、在大腸桿菌內(nèi),受RyhB 負調(diào)控的基因非常廣泛,其中包括編碼超氧化物岐化酶的sodB 基因,編碼細菌儲鐵蛋白的ftn ,b fr 等基因.此外,RyhB 還通過調(diào)控許多參與三羧酸循環(huán)酶基因的表達來調(diào)控鐵硫蛋白的生物合成,如編碼琥珀酸脫氫酶的sdhCDAB 操縱子基因,編碼順烏頭酸酶的acnA基因等24.基因芯片結(jié)果顯示,在大腸桿菌中有接近56個基因的表達受到RyhB 的負調(diào)控,這些基因編碼的蛋白質(zhì)都與鐵在體內(nèi)的儲存和利用相關(guān)22.2.2R yhB 對細菌致病力的作用隨著研究的深入,在其它許多細菌中都發(fā)現(xiàn)了與大腸桿菌RyhB 同源或者功能類似的小RNA 分子.例如在霍亂弧菌、福氏志賀氏菌中分別發(fā)

20、現(xiàn)了與大腸桿菌RyhB 同源的小RNA 調(diào)控子25,26;在銅綠假單胞菌27、鰻弧菌28、棕色固氮菌29、藍藻30和魚腥藻31中分別發(fā)現(xiàn)了與大腸桿菌RyhB 功能類似的小RNA 調(diào)控子.RyhB 或其功能類似的小RNA 分子對細菌致病力的調(diào)節(jié)主要是通過影響細菌生物膜生成、趨化性和耐酸性等方面的能力來實現(xiàn).在霍亂弧菌中,RyhB 除了調(diào)節(jié)與鐵吸收和轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因表達外,還可以調(diào)控許多其它基因的表達,這些基因參與細菌運動性、趨化性和生物膜形成等多種生物學功能.當ryhB 基因缺失后,霍亂弧菌在小鼠體內(nèi)的增殖能力雖然沒有受到明顯的影響,但是其生物膜形成能力和趨化能力都明顯降低,對小鼠的致病能力也顯著

21、降低,且ryhB 缺失突變株在缺鐵的環(huán)境下不能形成生物膜結(jié)構(gòu)25,32.在霍亂弧菌中,RyhB 對其生物膜形成能力和趨化能力的調(diào)節(jié)都是通過調(diào)控細菌體內(nèi)的鐵代謝來實現(xiàn)的,其本身并沒有表現(xiàn)出直接的致病力作用.RyhB 還可以通過影響細菌的耐酸性而調(diào)節(jié)細菌的致病力.福氏志賀氏菌是引起人類痢疾等疾病的主要致病菌,由于長期生存在酸性環(huán)境下,它產(chǎn)生了一套耐受酸性環(huán)境的系統(tǒng).研究表明,RyhB 可以通過調(diào)節(jié)ydeP 基因的表達水平來調(diào)節(jié)福氏志賀氏菌的耐酸性.ydeP 基因編碼一種氧化還原酶,這種酶被認為是耐酸性細菌中所必需的,而ydeP 的表達依賴于轉(zhuǎn)錄激活因子EvgA 的表達,RyhB 可以負調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活

22、子EvgA 的表達進而影響ydeP 的表達26.當RyhB 的表達升高時,福氏志賀氏菌的耐酸性顯著性降低;而當環(huán)境中鐵離子濃度充足,RyhB 的表達受到抑制時,福氏志賀氏菌則表現(xiàn)出很高的耐酸性.在痢疾志賀菌中,RyhB 可以負調(diào)控許多致病力基因的表達,這其中包括了參與型分泌系統(tǒng)的基因,如mxi 和spa 等基因.此外,這些基因的分泌調(diào)節(jié)蛋白和它們特定的分子伴侶的表達也受到RyhB的調(diào)控24.在痢疾志賀菌中,致病力相關(guān)的基因表達受轉(zhuǎn)錄激活子vir B 的調(diào)控,當VirB 蛋白結(jié)合到它們的啟動子后,致病力基因的表達增強.RyhB 通過負調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活子VirB 的表達,使多種致病力基因的表達降低.研

23、究發(fā)現(xiàn),RyhB 表達升高后,痢疾志賀菌的菌斑形成能力和對表皮細胞的侵襲能力都明顯降低33.2.3R yhB 的其它作用在大腸桿菌中,RyhB 除了可以負調(diào)控一系列與鐵儲存和利用相關(guān)基因的表達外,還可以正調(diào)控一系列基因的表達,如shiA 、ompX 和ygdQ 等基因22,其中機理研究比較清楚的是RyhB 對shiA 基因的調(diào)控.在大腸桿菌中,shiA 基因編碼一種莽草酸酯透性酶,莽草酸是一種參與載鐵蛋白生物合成的芳香族295中國生物化學與分子生物學報25卷化合物34.當RyhB 的表達量升高時,shiA 基因的mRNA 表達水平提高,且穩(wěn)定性增強,實驗證明,RyhB 對shiA 基因的啟動子

24、活性沒有影響,因此,RyhB 對shiA 基因的調(diào)控屬于轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控34.在H fq 蛋白存在的情況下,shiA mRNA 的5端非翻譯區(qū)部分序列可以與它的核糖體結(jié)合位點及AUG 起始密碼子配對結(jié)合,形成一個翻譯抑制的發(fā)卡結(jié)構(gòu)(Fig 13.當這個結(jié)構(gòu)形成時,mRNA 的核糖體結(jié)合位點和AUG 起始密碼子便被包裹起來,阻斷了shiA 基因翻譯的起始,因此,其表達處于一個非常低的水平.如Fig 13所示,RyhB 產(chǎn)生之后可以和shiA mRNA 的5端非翻譯區(qū)序列配對結(jié)合,破壞了原來的翻譯抑制結(jié)構(gòu),使其核糖體結(jié)合位點和AUG 起始密碼子暴露,增強了shiA 基因翻譯效率,進而增加了其表達.

25、研究表明,RyhB 的結(jié)合還能夠增加shiA 的mRNA 穩(wěn)定性.RyhB 對shiA 基因的正調(diào)控可以使,當鐵缺乏時,提高shiA 的表達可以增加載鐵蛋白的生物合成,增加細菌對鐵的攝入量,維持細胞內(nèi)鐵濃度的穩(wěn)定 .Fig.3Working model of R yhB translation activation of shiA mRNA34In the presence of H fq ,shiA mRNA formsan inhibitory structure that blocks the translation initiation (off .In conditions of R

26、yhB expression ,the sRNA opens the inhibitory structure in shiA mRNA ,which allows translation to proceed (on .C onsequently ,theshikimate permease is m oreexpressed263R yhB 的作用機制RyhB 對靶基因的調(diào)控是通過與靶基因mRNA 序列結(jié)合后,影響mRNA 翻譯效率和穩(wěn)定性來實現(xiàn)的.在RyhB 中有一段序列與靶基因mRNA 的5非翻譯區(qū)序列,尤其是核糖體結(jié)合位點周圍序列反向互補,當RyhB 產(chǎn)生后,它通過互補序列與其靶基因

27、配對結(jié)合,包圍靶基因的核糖體結(jié)合位點和起始密碼子區(qū)域從而阻斷靶基因的翻譯過程,并引起靶mRNA 降解,從而下調(diào)靶基因的表達9.下面以RyhB的靶基因sodB 為例來說明其具體的作用過程.在大腸桿菌中,sodB 編碼一種鐵超氧化物岐化酶,在其mRNA 的5非翻譯區(qū)有22個堿基與RyhB 的序列反向互補(Fig 11.當RyhB 表達后,首先與H fq 蛋白和RNase E 形成的蛋白復(fù)合物結(jié)合,形成核蛋白復(fù)合物sRNP.sRNP 復(fù)合物通過RyhB 與靶mRNA sodB 的互補序列作用于靶mRNA 的5非翻譯區(qū).在小RNA 分子與靶mRNA 配對結(jié)合后,sRNP 復(fù)合物可阻斷靶基因的翻譯從而降

28、低其翻譯效率.同時,RNase E 迅速發(fā)揮內(nèi)切核酸酶的活性,將靶mRNA 切割成小片段,隨后在RNA 降解酶體和其它核糖核酸酶的參與下,完成對靶基因的進一步降解(Fig 14,在這個過程中RyhB 同靶mRNA 一起被降解去除9,35,36.此外,A fonyushkin 等37研究結(jié)果表明,核糖核酸酶(ribonuclease ,RNase 在靶mRNA 降解過程中也發(fā)揮了重要的作用.需要注意的是,RyhB 與靶基因的配對結(jié)合是不完全的配對(Fig 11,這也是第3類小RNA 分子在作用過程中的一個共同特征7.RyhB 對靶基因的調(diào)控是通過RNA 之間(sRNA RyhB 和靶mRNA 的

29、配對結(jié)合,影響靶基因的翻譯和穩(wěn)定性來實現(xiàn)的,因此屬于轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 .Fig.4Model for gene silencing by sRNA R yhB35,36RyhB is induced in response to iron limitation and Fur is required for the induction.RyhB forms a ribonucleoprotein com plex with the H fq 2RNase E protein com plex to act on target mRNAs through RNA 2RNA base 2pairi

30、ng.The pairing leads to translation inhibition and RNase E 2dependent degradation of target mRNAs3.1H fq 在R yhB 調(diào)控過程中的功能在RyhB 發(fā)揮作用過程中需要H fq 蛋白的參與,395第7期程汝濱等:細菌非編碼小RNA 分子RyhB 的結(jié)構(gòu)與功能H fq是一個高度保守的RNA結(jié)合蛋白,被認為是細菌基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的關(guān)鍵因子,其結(jié)構(gòu)可分為2個結(jié)構(gòu)域Sm1和Sm2,兩者共同形成一個同源六聚體的拓撲結(jié)構(gòu)38.H fq蛋白具有2個RNA的結(jié)合位點,1個為識別sRNA和mRNA的Proxima

31、l位點,此位點識別單鏈RNA序列中的A、U富含區(qū)并與之結(jié)合;另1個為Distal位點,此位點識別多聚腺苷酸尾(polyA.H fq蛋白作為一種RNA分子伴侶,可與許多小RNA分子結(jié)合并增加它們的穩(wěn)定性39.在小RNA RyhB的調(diào)控過程中,H fq蛋白發(fā)揮了重要的作用.首先,H fq可以與RyhB直接結(jié)合,增加其穩(wěn)定性,防止其在與靶mRNA結(jié)合之前被降解40.此外,H fq蛋白還可以直接結(jié)合靶mRNA sodB,H fq與sodB基因結(jié)合后可改變其二級結(jié)構(gòu),進一步暴露其5端與RyhB的互補配對序列(52 AG C AAUG UC23,從而增強RyhB與靶基因之間的結(jié)合能力17.實驗證明,H f

32、q與sodB的結(jié)合能力甚至要比H fq與RyhB3個數(shù)量級.體外實驗結(jié)果表明,在H fq存在的情況下,RyhB與靶基因sodB的結(jié)合能力顯著增加.另有報道稱,在h fq 缺失的情況下,RyhB對sodB仍有輕微的調(diào)節(jié)作用,提示我們RyhB對靶基因的調(diào)控途徑可能不止一種17.3.2RN ase E在R yhB調(diào)控過程中的功能在大腸桿菌中,RNase E是一個重要的內(nèi)切核酸酶,主要負責RNA降解和mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工過程,它可以和多種蛋白結(jié)合形成多蛋白復(fù)合物的RNA降解酶體.RNase E由3個功能結(jié)構(gòu)域構(gòu)成,包括N端的催化結(jié)構(gòu)域,中間的RNA結(jié)合區(qū)域和C端的骨架結(jié)構(gòu)域.其中C端的骨架結(jié)構(gòu)域的功能

33、與RNase E與其它相關(guān)蛋白的結(jié)合密切相關(guān)41.RNase E通過其C端的骨架結(jié)構(gòu)域與H fq蛋白結(jié)合,形成的蛋白復(fù)合物可以與RyhB結(jié)合,三者共同形成核蛋白復(fù)合物sRNP.實驗表明,當RNase E的C端骨架結(jié)構(gòu)域缺失時,RyhB與其靶mRNA的都不會被RNase E降解,且只有在RNase E的C端骨架結(jié)構(gòu)域不與其它蛋白結(jié)合的情況下,H fq才可以與RNase E 結(jié)合形成蛋白復(fù)合物,進而與小RNA分子RyhB結(jié)合形成sRNP復(fù)合物35.此外,RNase E可以直接和小RNA RyhB結(jié)合并將其降解.在RyhB分子中, RNase E的識別位點與H fq的識別位點恰好重合,均為鄰近其莖環(huán)

34、結(jié)構(gòu)中的富含AU堿基的單鏈RNA序列,H fq與RyhB的結(jié)合競爭性抑制了RNase E與RyhB的結(jié)合,增加了其在體內(nèi)的穩(wěn)定性40.在RNase E缺陷的菌株中,RyhB的表達量明顯增加,而在hfq缺失的菌株中,RyhB的表達量和穩(wěn)定性均顯著降低9,40.M orita等42最近的研究結(jié)果表明,RyhB介導(dǎo)的基因沉默在RNase E缺陷的情況下同樣可以發(fā)生. RNase E的C端缺陷的菌株中,在靶基因不被降解的情況下,RyhB依然可以通過阻遏靶基因的翻譯來抑制基因的表達.該結(jié)果說明,RyhB通過sRNP介導(dǎo)的基因沉默過程中,對靶基因的翻譯抑制處于主要地位,而RNase E依賴的mRNA降解可

35、能有兩個方面的生理功能,一是引起靶mRNA的降解,完成不可逆轉(zhuǎn)的基因沉默,另一個是去除了翻譯不活躍的mRNA,保證mRNA在體內(nèi)的翻譯效率36.4展望小RNA作為細菌體內(nèi)的一類重要調(diào)控分子,它的作用近年來日益引起人們的關(guān)注,通過對RyhB 功能和作用機理的探討,有助于進一步研究其它小RNA在體內(nèi)的作用模式,進而闡明小RNA在細菌體內(nèi)的調(diào)控作用和其生理意義.隨著分子生物學實驗技術(shù)的發(fā)展和對RNA分子特性研究的深入,越來越多的小RNA分子將會被發(fā)現(xiàn),這必將會加深人們對有小RNA分子參與的轉(zhuǎn)錄后加工及翻譯調(diào)控等各個生命過程的認識.鐵作為生物有機體的一種必須物質(zhì),其在體內(nèi)的吸收和代謝過程成為近年來的研

36、究熱點4346.本課題組長期以機會致病菌銅綠假單胞(P seudomonas aeruginosa為研究對象,研究群體感應(yīng)系統(tǒng)和生物膜形成對細菌致病力的影響以及作用的機制47,48.近年來的研究證明,鐵在銅綠假單胞菌的群體感應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和生物膜形成過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用,并能夠影響細菌對抗生素的耐受能力,但是其調(diào)控的機理目前并不清楚4951.目前已在銅綠假單胞中發(fā)現(xiàn)了與大腸桿菌小RNA分子RyhB的功能類似的小RNA分子PrrF1和PrrF2,它們同樣負調(diào)控一系列與鐵的儲存和利用相關(guān)基因的表達.與Fur蛋白一起調(diào)節(jié)銅綠假單胞體內(nèi)的鐵代謝,其本身也受到Fur蛋白的調(diào)控27,而PrrF1與Prr

37、F2對銅綠假單胞菌的Fur蛋白有沒有反饋調(diào)控作用還有待進一步研究.雖然鐵對銅綠假單胞菌的生物膜形成能力具有重要的影響,但是在PrrF1和PrrF2缺失的突變株中,其生物膜形成的能力以及結(jié)構(gòu),放散的速度等均與野生型類似49.此外,鐵還能夠影響銅綠假單胞菌群體感應(yīng)系統(tǒng)中的VqsR信號通路的調(diào)控53,54,進495中國生物化學與分子生物學報25卷第7期 程汝濱等 : 細菌非編碼小 RNA 分子 RyhB 的結(jié)構(gòu)與功能 complex J . J Mol Biol , 2000 , 300 (5 : 110121112 FEMS Microbiol Lett , 2007 , 275 (2 : 221

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39、PrrF2 完成 還是其它的信號調(diào)節(jié)通路完成 ? 大腸桿菌小 RNA 分子 RyhB 的調(diào)控過程需要 Hfq 的參與 ,而在銅綠假 單胞中 PrrF1 和 PrrF2 與 Hfq 蛋白的關(guān)系有待進一步 的研究 . 有研究報道 , Hfq 的缺失可導(dǎo)致銅綠假單胞 菌致病力和生物膜形成能力的降低 , 并能夠引起 72 個受群體感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的基因轉(zhuǎn)錄表達譜的變 化 . 在此調(diào)控過程中 ,小 RNA PrrF1 和 PrrF2 有沒 有發(fā)揮作用 , Hfq 的缺失對銅綠假單胞菌體內(nèi)的鐵 代謝有沒有影響 , Hfq 缺失對銅綠假單胞菌的影響 是否是通過體內(nèi)鐵代謝的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的 , 這些問題 都亟待進一步

40、研究 . 通過 RyhB 在大腸桿菌中的功 能、 結(jié)構(gòu)以及作用機制的探討 ,有助于進一步研究非 編碼小 RNA 分子 PrrF1 和 PrrF2 在銅綠假單胞中的 調(diào)控機理 ,進而闡明鐵對細菌致病力影響的機制 ,為 銅綠假單胞菌感染的臨床治療提供指導(dǎo) . 參考文獻 ( References 1 陳忠斌 , 于樂成 , 王升啟 . RNA 干擾作用 ( RNAi 研究進展 Cheng , Wang Sheng2Qi . Recent advances on the RNA interference Sheng. The small RNA regulators in Escherichia co

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