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    Nature子刊解读!科学家们首次解析单一细菌细胞中小RNA的相互作用所产生的深远影响!

           细菌会利用多种不同的策略来调节基因表达,从而应对环境中波动的压力状况,而一种涉及称之为sRNAs的非编码RNA分子的调节类型存在于生命的所有领域中。近日,一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Effects of individual base-pairs on in vivo target search and destruction kinetics of bacterial small RNA”的研究报告中,来自伊利诺伊大学等机构的科学家们通过研究首次描述了单一细菌细胞中sRNA相互作用所产生的影响。

           细菌的sRNA通;岵斡氲鹘谘沽Ψ从,而其机制则是与靶向mRNA进行碱基配对相互作用,并能增强或抑制其稳定性或mRNA翻译所产生的蛋白质的水平。Hfq是一种六聚体RNA伴侣蛋白,其能促进RNAs之间的结合并促进其稳定性的表现;尽管sRNA-mRNA相互作用的动力学已经在体外进行了研究,但突变在体内对碱基配对相互作用的影响目前科学家们并不清楚。

           研究者Cari Vanderpool教授说道,我们想通过研究阐明sRNA和其mRNA靶点之一之间的单一碱基配对相互作用是如何促进整体基因调节结果,从而在这些条件下控制mRNA所产生的蛋白质水平;文章中,研究人员采取了一种方法来可视化并且计算细菌细胞内sRNA和mRNA分子的数量,从而就能够更加细致地了解在分子水平上所发生的事件。研究人员利用数学建模和定量超分辨率成像技术分析了改变但个碱基对相互作用对调节动力学参数的影响,比如sRNA寻找mRNA靶点所需要的时间等。

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    图片来源:Anustup Poddar

           这项研究中,研究人员重点对名为SgrS的sRNA进行研究,当糖分的运输超过了细胞通过代谢所处理的能力范围时,SgrS就会在细菌细胞中产生;此前研究结果表明,在糖分压力状况下,SgrS能够结合到其主要的靶点mRNA—ptsG上,而ptsG能编码葡萄糖转运工具的一部分,当与Hfq一起时,SgrS能抑制ptsG的翻译,从而抑制新型葡萄糖转运工具的产生,从而减缓其运输直到细胞新陈代谢迎头赶上。

           为了寻找SgrS对ptsG调节的重要关键区域,研究人员利用高分辨率测序技术平行分析了数千个突变体,并找到了那些对调节相互作用影响最强的突变体;研究者Vanderpool说道,我么你发现,单一碱基对相互作用会对基因的调节产生一定影响,但其影响相对较;我们所看到的更大的影响是,当发现sRNA突变时,其或许就会破坏与Hfq结合的能力;如果sRNA不能有效与其伴侣分子相结合的话,那么研究人员寻找其mRNA靶点就会慢很多,而一旦找到靶点的话,其就会更快地解除结合。

           Anustup Poddar博士说道,我们的高通量测序和定量超分辨率成像平台能够测定因SgrS和ptsG mRNA之间单碱基对错配而产生的关联性和解离率的适度差异,实际上,这些值比热力学预测值小得多的事实告诉我们,关于伴侣蛋白在碱基配对介导的靶点寻找过程中的作用还有很多我们需要去了解的。即使碱基配对被破坏了,只要Hfq存在,SgrS对ptsG的调节就能被观察到;本文研究清楚地表明,Hfq在促进和稳定SgrS和ptsG之间的相互作用中扮演着关键角色,本文研究发现也让研究人员非常惊讶,因为科学家们所认为的最大影响来自于碱基配对相互作用的破坏。

    研究者Muhammad Azam说道,我从团队研究人员中学到了一种不同的思维方式,并意识到了数学模型/建模的重要性。目前研究人员正在通力合作来研究其它SgrS靶点的动力学参数,形体目标在于理解调节的层级关系。后期研究人员希望能够联合其它领域的专家来对这一问题进行进一步的探索和研究。

           参考资料:

           【1】Poddar, A., Azam, M.S., Kayikcioglu, T. et al. Effects of individual base-pairs on in vivo target search and destruction kinetics of bacterial small RNA. Nat Commun 12, 874 (2021). doi:10.1038/s41467-021-21144-0

           【2】Deciphering the impacts of small RNA interactions in individual bacterial cells

    by Alisa King-Klemperer, Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign



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