Фермент модификации РНК напрямую определяет активные формы кислорода для регуляции трансляции у Enterococcus faecalis.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4093 (2023) Цитировать эту статью

4212 Доступов

106 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактерии обладают сложными системами управления активными формами кислорода и азота (АФК), возникающими в результате воздействия иммунной системы млекопитающих и стрессов окружающей среды. Здесь мы сообщаем об открытии АФК-чувствительного РНК-модифицирующего фермента, который регулирует трансляцию белков стрессовой реакции в кишечном комменсале и условно-патогенном патогене Enterococcus faecalis. Мы анализируем эпитранскриптом тРНК E. faecalis в ответ на активные формы кислорода (АФК) или сублетальные дозы АФК-индуцирующих антибиотиков и выявляем значительное снижение N2-метиладенозина (m2A) как в 23S рибосомальной РНК, так и в транспортной РНК. Мы определили, что это происходит из-за ROS-опосредованной инактивации метилтрансферазы, содержащей кластер Fe-S, RlmN. Генетический нокаут RlmN приводит к образованию протеома, который имитирует реакцию окислительного стресса с увеличением уровня супероксиддисмутазы и снижением количества белков вирулентности. Хотя было установлено, что модификации тРНК являются динамическими для точной настройки трансляции, здесь мы сообщаем об открытии динамически регулируемой, экологически чувствительной модификации рРНК. Эти исследования приводят к модели, в которой RlmN служит окислительно-восстановительным молекулярным переключателем, напрямую передавая окислительный стресс для модуляции трансляции через эпитранскриптом рРНК и тРНК, добавляя другую парадигму, в которой модификации РНК могут напрямую регулировать протеом.

Активные формы кислорода (АФК), такие как супероксид (O2-) и перекись водорода (H2O2), играют фундаментальную роль в формировании эволюции бактерий1. Бактерии подвергаются воздействию АФК из различных источников: эндогенно в виде побочных продуктов аэробного дыхания и экзогенно в виде окислительно-восстановительных природных продуктов и респираторных/окислительных всплесков активированных иммунных клеток млекопитающих2. Если их не нейтрализовать, АФК повреждают важные клеточные компоненты, включая ДНК, липиды, углеводы и белки1. Таким образом, у бактерий развились защитные системы АФК, такие как супероксиддисмутазы (СОД), каталазы, глутатион, тиоредоксиновые системы, пероксидазы и нитрат/нитритредуктазы3. Эта защита часто регулируется транскрипционно с помощью АФК-чувствительных транскрипционных факторов, таких как OxyR, PerR, OhrR и SoxR4,5,6.

Недавние данные указывают на механизмы трансляционной регуляции систем реакции бактерий на стресс. Например, реакция на гипоксический стресс у микобактерий включает перепрограммирование десятков модифицированных рибонуклеозидов на тРНК (эпитранскриптом тРНК) с целью вызвать селективную трансляцию кодон-смещенных мРНК из генов ответа на гипоксию, включая транскрипционный фактор DosR и его регулон7. Модификации других форм РНК также участвуют в различных клеточных процессах, изменяя стабильность, структуру, локализацию и взаимодействия белок-РНК8.

Здесь мы сообщаем об открытии АФК-чувствительного РНК-модифицирующего фермента, который регулирует трансляцию белков стрессовой реакции в кишечном комменсале и условно-патогенном патогене Enterococcus faecalis. После воздействия генератора супероксида, менадиона или сублетальных доз АФК-индуцирующего эритромицина и хлорамфеникола анализ 24 модифицированных рибонуклеозидов эпитранскриптома выявил значительное снижение N2-метиладенозина (m2A) как в 23S рибосомальной РНК, так и в транспортной РНК, возможно, вызванное АФК-опосредованная инактивация метилтрансферазы, содержащей кластер Fe-S, RlmN. Потеря RlmN изменила экспрессию белка таким образом, что имитировала воздействие менадиона, например, увеличила супероксиддисмутазу и снизила вирулентность белков. Эти исследования показывают, что RlmN действует как редокс-чувствительный молекулярный переключатель, который связывает воздействие АФК, вызванное окружающей средой и антибиотиками, с динамикой эпитранскриптома в рибосомальной и транспортной РНК, чтобы обеспечить трансляцию белков реакции на стресс.

Хотя регуляция транскрипции в ответ на стресс хорошо известна у бактерий, регуляция трансляции изучена хуже. Наша демонстрация индуцированного гипоксией перепрограммирования эпитранскриптома и смещенной кодонов трансляции у микобактерий7 привела нас к гипотезе, что аналогичный механизм может быть верным и для реакции Enterococcus faecalis на стресс, вызванный воздействием антибиотиков. Здесь мы количественно оценили 24 модификации рРНК и тРНК в двух штаммах E. faecalis: OG1RF, штамме, полученном из человеческого комменсального перорального изолята OG19, и V58310, клинического изолята с множественной лекарственной устойчивостью. V583 обладает метилтрансферазой, устойчивой к эритромицину (ErmB), которая метилирует N6-положение аденозина (m6A, m6,6A) в 23 S рРНК в положении 2058 (нумерация Escherichia coli)11 и предотвращает связывание макролидов (например, эритромицина), линкозамидов, и стрептограмин B (MLS)11, но обеспечивает лишь частичную устойчивость к эритромицину12. В OG1RF отсутствует ErmB, и поэтому он примерно в 100 раз более чувствителен к эритромицину, чем V583.