1、細(xì)菌非編碼RNA功能相關(guān)研究outline Introduction Transcription reprogramming Iron homoeostasis Envelope homoeostasis Toxin and antitoxin ncRNAs Sugar utilization and metabolic intermediates Aspects and consequences of ncRNA/mRNA interactions Hfq: a key player in RNA transactionsIntroduction ncRNAs 調(diào)控mRNA的表達(dá)和蛋白質(zhì)功能

2、主要通過兩種模式： ncRNAs與mRNAs通過堿基配對形成RNA二倍體，然后改變其轉(zhuǎn)錄效率及穩(wěn)定性, 這類NRA叫antisense RNAs，大腸桿菌中Hfq蛋白通常促進(jìn)二倍體的形成。 ncRNAs與蛋白質(zhì)結(jié)合然后改變其活性，這賦予了細(xì)菌適應(yīng)環(huán)境變化的靈活性。Figure 1: Effects of chromosomally encoded ncRNAs on their mRNA or protein targetsTranscription reprogramming 細(xì)菌中RNAP (RNA polymerase)以兩種形式存在：核心酶（兩個 , 一個和亞基）和全酶（亞基+核心酶）

3、。 亞基使啟動子能夠特異性地和RNAP 結(jié)合， 大腸桿菌中RNAP與E70結(jié)合，保證轉(zhuǎn)錄的活性。 大腸桿菌的SsrS 是ncRNA調(diào)控轉(zhuǎn)錄的典例： SsrS是一個184nt的ncRNA，與E70形成復(fù)合體降低70與RNAP聯(lián)結(jié)的穩(wěn)定性。 SsrS編碼產(chǎn)生一個14-20nt的長RNA（ pRNA），然后E70SsrSpRNA 復(fù)合體解離。Figure 2 ：Transcription reprogramming by SsrSIron homoeostasis 鐵離子對大多數(shù)的生物體來說都是必要的，因為它是許多參與生命活動的關(guān)鍵酶的輔因子。但是當(dāng)有氧存在時它是有害的，所以細(xì)胞內(nèi)鐵離子的水平必要嚴(yán)

4、格控制確保生理上的需要和避免損害。 細(xì)菌中是通過調(diào)控翻譯參與鐵離子運(yùn)輸和存儲的蛋白質(zhì)及鐵離子依賴性酶基因的表達(dá)來調(diào)節(jié)鐵離子的水平。Fur (鐵攝取調(diào)節(jié)子 ) 是主要的轉(zhuǎn)錄抑制子，控制鐵離子的代謝和其作為輔因子的使用（Fe2+）。 大腸桿菌中Fur調(diào)控機(jī)制依賴ryhB（ncRNA RyhB (90 nt)）基因。 RyhB可以間接地調(diào)控鐵離子（增加）,并且RyhB也可以調(diào)控fur mRNA的表達(dá)。Figure 3 ：RyhB ncRNA modulates the free intracellular iron in Escherichia coliRyhB also provides feed

5、back by acting on fur mRNA translationFigure 4： RyhB acting on fur mRNA translationEnvelope homoeostasis 細(xì)菌的外膜給它提供了結(jié)構(gòu)的完整性，機(jī)械屏障：保護(hù)它免受內(nèi)部膨脹壓的影響；選擇性屏障：負(fù)責(zé)細(xì)胞質(zhì)與外部環(huán)境的物質(zhì)交換。 OMPs(膜外蛋白)是細(xì)菌的選擇性受體，在相互調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的作用下它的數(shù)量和性質(zhì)會隨時改變以適應(yīng)環(huán)境變化。在這些調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中二倍體（EnvZ-OmpR ,CpxA-CpxR）和轉(zhuǎn)錄起始因子E是主要的因素，它們調(diào)控著許多編碼膜蛋白基因的表達(dá)，比如：OMPs。 Figure 5：

6、Current model of the envelope integrity controlby ncRNAs inEnterobacteriaceaeFigure 6：Summary of sRNA regulators of outer membrane proteins. Toxin and antitoxin ncRNAs 細(xì)菌中的TA模式，由編碼毒素的基因和編碼抗毒素（蛋白質(zhì)或ncRNA）基因組成。 舉例介紹四種常見的模式： SOS-induced toxins in E. Coli：The IstR-TisB module The SymR-SymE module The lyt

7、ic-toxin TxpA of B. Subtilis Rcd, a plasmid-encoded ncRNA toxin targeting a host enzyme1、The IstR-TisB moduleFigure 7： Schematic representation of the istR1-tisB locus. 2、The SymR-SymE moduleFigure 8： SymR RNA represses SymE translation. 3、The lytic-toxin TxpA of B. Subtilis ratA和txpA分別編碼222 nt的 ncR

8、NA, RatA；59 aa 的細(xì)胞溶解毒性蛋白質(zhì)，TxpA。 RatA和txpA mRNA的3末端有75個nt的重疊區(qū)，使得它們之間形成二聚物，抑制TxpA蛋白的產(chǎn)生，并且不需要 Hfq的參與，然后進(jìn)行降解。 txpA-ratA 模型存在于枯草桿菌的skin區(qū)域，并且能夠阻止未成熟細(xì)胞進(jìn)行分化。4、Rcd, a plasmid-encoded ncRNA toxin targeting a host enzyme Rcd是大腸桿菌中特殊的ncRNA:它由質(zhì)粒編碼產(chǎn)生而不是染色體；它不屬于前面介紹的任何一種TA模式；它作為一種毒素而不是抗毒素。 多重拷貝質(zhì)粒的穩(wěn)定會因為同源重組而降低。大腸桿菌

9、中的質(zhì)粒ColE1的分離是由復(fù)雜的系統(tǒng)介導(dǎo)的，涉及到它的兩個重組cer位點和由宿主染色體編碼的蛋白質(zhì)。 在重組分離的過程中，Rcd ncRNA被位于cer位點的啟動子轉(zhuǎn)錄。 Rcd與宿主酶TnaA結(jié)合，增強(qiáng)它對色氨酸的親和力導(dǎo)致胞內(nèi)吲哚的暴升，并最終阻礙細(xì)胞分離，使質(zhì)粒降解。Sugar utilization and metabolic intermediates 細(xì)菌中的PTS途徑調(diào)節(jié)糖的攝取及后續(xù)的磷酸化作用，主要作用于葡萄糖的PTS包含PtsG(or EIICB)轉(zhuǎn)運(yùn)體， 由ptsG基因編碼。PTS中的葡萄糖被PtsG激活產(chǎn)生G6P當(dāng)匯集時有害。 在大腸桿菌中ncRNA SgrS (22

10、7 nt)負(fù)調(diào)控ptsG，抑制G6P的富集。Figure 9： A model for the roles of SgrS . Figure 10： A model for ptsG mRNA degradation in response to the phosphosugar stress. Aspects and consequences of ncRNA/mRNA interactionsFigure 11： General features and consequences of the ncRNA/mRNA interaction. Aspects and consequences

11、 of ncRNA/mRNA interactions 目前大多數(shù)ncRNA都是通達(dá)與mRNA互補(bǔ)配對來調(diào)控其表達(dá)，并且它們之間的相互作用是非常高效的，因為mRNA中只有少數(shù)的核苷酸會被ncRNA利用來形成二倍體。 調(diào)控蛋白質(zhì)的合成：促進(jìn)、抑制 翻譯的抑制：ncRNA通常與mRNA中靠近SD或TIR區(qū)域的序列配對，然后阻止核糖體與mRNA的結(jié)合，并且通常發(fā)生在初始mRNA上。 翻譯的促進(jìn)：ncRNA促進(jìn)翻譯的例子非常少，它通常與mRNA的5UTR中TIR上游的區(qū)域配對，其結(jié)構(gòu)改變后使SD序列能與核糖體結(jié)合( 如：DsrA- and RprA/rpoS,RyhB/shiA, RNAIII/-hl

12、a) 。GlmY and GlmZ ncRNAs activate glmS translation by an indirect mechanismFigure 12： GlmY and GlmZ ncRNAs activate glmS translation . Hfq: a key player in RNA transactions Hfq又叫HF-I，是一種熱穩(wěn)定蛋白，由hfq基因編碼，其大小在各個菌種中有所不同，如大腸桿菌中的Hfq蛋白由102個氨基酸組成，相對分子質(zhì)量是11.2103，而金黃色葡萄球菌中的Hfq蛋白長度為77個氨基酸，Hfq與RNA的相互作用對于多種調(diào)控機(jī)制來說是至關(guān)重要的。 作為細(xì)菌RNA結(jié)合蛋白Sm家族的一員，Hfq對于許多通過與靶mRNA配對來發(fā)揮調(diào)控作用的ncRNA是必須的。Hfq是一種高度保守的六環(huán)蛋白，存在于多種細(xì)菌中，無論是序列還是結(jié)構(gòu)分析都發(fā)現(xiàn)，它與真核生物的Sm蛋白同源。Structures of the Hfq and an HfqRNA complexFigure 13： Structures of the Hfq and an HfqRNA complex . Hfq important biological functions Hfq在維持ncRNA穩(wěn)定性