Новая роль IbpA в реакции E. coli на тепловой шок

Биологические клетки подвергаются процессу, известному как «реакция на тепловой стресс», при воздействии чрезмерно высоких температур. Тепловой стресс запускает каскад сигнальных механизмов для производства различных белков теплового шока (Hsps), в том числе малых белков теплового шока (sHsps). Эти «клеточные пожарные» защищают чувствительные к теплу структуры, предотвращают слипание белков и помогают рефолдировать поврежденные белки.

В кишечная палочкашироко изученный вид бактерий, sHsp, называемый IbpA, служит интересной дополнительной цели. Помимо своей обычной роли шаперона, IbpA также действует как «предохранитель», подавляющий собственный синтез, когда в этом нет необходимости. Проще говоря, IbpA может регулировать экспрессию специфических генов в ответ на температурные сигналы, влияя на их трансляцию с матричной РНК на белок. Хотя ученые недавно обнаружили, что IbpA регулирует свою собственную экспрессию и экспрессию своего паралога (гена, который имеет общего предка и возникает в результате событий дупликации гена) IbpB, до сих пор неясно, регулирует ли этот белок также и другие гены.

В недавнем исследовании, опубликованном в ПНАСПрофессор Хидэки Тагучи и доктор Цукуми Мива из Токийского технологического института (Tokyo Tech) в Японии восполнили этот пробел в знаниях. Дуэт исследовал, проводя различные эксперименты с генетически модифицированными кишечная палочка штаммов, механизмы, с помощью которых IbpA регулирует реакцию теплового шока, обнаруживая новую ключевую функцию Hsp.

Первоначально они обнаружили, что сверхэкспрессия IbpA приводит к значительному подавлению многих Hsps. Дальнейшие эксперименты показали, что IbpA не влияет на эти БТШ на трансляционном уровне, т. е. не останавливает синтез этих белков из РНК. Это привело исследователей к предположению, что IbpA может влиять на экспрессию σ³²основной фактор транскрипции теплового шока, ответственный за регуляцию экспрессии около сотни генов, многие из которых связаны с реакцией на тепловой шок.

В ходе экспериментов с участием мутантов со сверхэкспрессией IbpA и мутантов с делецией IbpA исследователи обнаружили, что IbpA подавляет экспрессию σ³² на трансляционном, а не на транскрипционном уровне. Соответственно, они предложили новую модель, объясняющую, как IbpA действует в нормальных условиях и в условиях теплового стресса. В этой модели, когда температура не слишком высока, IbpA подавляет трансляцию рпоХ РНК, которая производит σ³². В свою очередь, отсутствие σ³² удерживает уровни Hsps, включая IbpA, на низком уровне. Однако при тепловом шоке IbpA связывается с неправильно свернутыми или слипшимися белками, оставляя рпоХ только РНК. Это приводит к быстрому увеличению количества σ³²который активирует производство Hsps для борьбы с повреждениями, вызванными тепловым стрессом.

Эти результаты, однако, вызывают вопрос: каково физиологическое значение подавления IbpA? рпоХ перевод? «Одна из возможностей заключается в том, что регуляция экспрессии на уровне трансляции обычно происходит быстро и поэтому хорошо подходит для немедленной индукции при тепловом шоке», — объясняет профессор Тагучи. «Другое преимущество жесткого подавления σ³² уровней с помощью IbpA в нормальных условиях является подавление экспрессии Hsp, что не требуется при отсутствии стресса».

В целом, это исследование помогает выяснить, как виды бактерий адаптируются к суровым условиям. Профессор Тагучи отмечает: «Наше исследование, посвященное IbpA, пролило новый свет на участие этого ранее нераспознанного фактора в реакции теплового шока у кишечная палочкаЭти знания могут оказаться важными в биоинженерии, промышленности, медицине и охране окружающей среды.