Salmonella enterica серовар Typhimurium - является известным патогеном пищевого происхождения, заражающим миллионы людей в год.
Эти бактерии зависят от сложной сети генов и генных продуктов, которые позволяют им чувствовать условия окружающей среды. В новой работе исследователи изучили роль малых РНК, которые помогают сальмонеллам экспрессировать свои гены вирулентности.
Бактерии инфицируют человека, сначала вторгаясь в клетки кишечника с помощью иглоподобной структуры, называемой системой секреции 3-го типа. Эта структура впрыскивает белки непосредственно в клетки, запуская каскад изменений, которые вызывают воспаление и, в конечном итоге, диарею. Гены, кодирующие эту систему, и другие гены, необходимые для инвазии, находятся на участке ДНК, известном как остров патогенности SPI-1. "SPI-1 необходимо хорошо контролировать", - объясняет Сабрина Абдулла, первый автор исследования. "Если игольчатый аппарат системы секреции 3-го типа не производится, сальмонелла не может вызвать инфекцию, а если производится слишком много игольчатого аппарата, бактерия погибает".
SPI-1 контролируется обширной регуляторной сетью. Во-первых, три транскрипционных фактора: HilD, HilC и RtsA, контролируют экспрессию своей ДНК и ДНК друг друга. Они также активируют другой транскрипционный фактор, HilA, который активирует остальные гены SPI-1. SPI-1 также должен чувствовать различные сигналы окружающей среды и настраивать экспрессию своих генов, чтобы инфицировать хозяина.
"Мы давно знаем, что существует множество факторов окружающей среды, которые влияют на регуляцию генов у Salmonella. Однако мы не знали, каким образом. Именно тогда исследователи начали изучать малые РНК", - рассказывает Абдулла. Малые РНК (sРНК) играют решающую роль в определении того, как функционируют гены в бактериальных клетках. Как правило, эти молекулы взаимодействуют либо с белками, либо с матричной РНК (мРНК), которая несет инструкции по созданию белков. В результате sРНК влияют на различные функции бактерий, включая вирулентность и реакцию на окружающую среду.
В данной работе исследователи рассмотрели sРНК, регулирующие мРНК hilD, в частности, последовательность мРНК, называемую 3' нетранслируемой областью - часть мРНК, не участвующую в создании белка HilD. У бактерий длина 3' UTR обычно составляет 50-100 нуклеотидов. Однако длина 3' UTR мРНК hilD составляла 300 нуклеотидов. "Отправной точкой для нашей работы стало наблюдение, что при удалении 3' UTR экспрессия гена hilD увеличилась в 60 раз", - говорит Абдулла. "Затем мы решили поискать sРНК, которые могут взаимодействовать с этим регионом".
Исследователи определили, что хотя sРНК Spot 42 и SdsR могут воздействовать на 3' UTR, они делают это в разных регионах. "Этот результат позволяет предположить, что весь 3' UTR важен для регуляции", - поясняет Абдулла. "Мы показали, что sРНК стабилизируют мРНК hilD и защищают ее от деградации. Такие длинные 3' UTR не были хорошо изучены. С ростом геномных исследований люди все больше понимают, что такие длинные участки существуют и что они важны для регуляции", - отмечает она.
Используя мышиную модель, исследователи также изучили, могут ли Spot 42 и SdsR влиять на то, как Salmonella вызывает инфекции. Они провели конкурентный анализ на мышах, в ходе которого ввели мутантные бактерии, у которых отсутствовали sРНК, и бактерии, содержащие sРНК, чтобы посмотреть, какие штаммы выживают и вызывают инфекцию. "Мы обнаружили, что при удалении sРНК бактерии не могут выжить в организме хозяина. Мы также показали, что sРНК играют роль, помогая SPI-1 вторгаться в клетки хозяина", - говорит Абдулла.
"Теперь, когда мы знаем, что sРНК играют важную роль в контроле SPI-1 через их регуляторное воздействие на 3' UTR hilD, мы хотим расширить наши исследования в двух направлениях. Мы хотели бы лучше понять, как на молекулярном уровне sРНК влияют на уровень мРНК hilD. Мы также хотим лучше понять, как sРНК участвуют в регуляции экспрессии других важных генов SPI-1".
