细菌RNA结合蛋白Hfq的DNA压缩和复制作用研究进展

RNA结合蛋白(RNA-Binding Protein)Hfq是一种重要的细菌转录后调节因子,之前对Hfq的研究大多集中在该蛋白对小分子非编码RNA (Small Non-Coding RNA,sRNA)和mRNA的作用上。Hfq最典型的功能是促进sRNA与其靶标mRNA碱基配对,在转录后介导对RNA的稳定性和翻译的调控。此外,Hfq也能与多种蛋白质直接或间接相互作用。然而,近年来的研究表明,除了RNA和蛋白质,Hfq还可以与DNA相互作用,在DNA压缩(DNA Compaction)和DNA复制(DNA Replication)等多种DNA代谢过程中发挥直接或间接的调控作用。额外的靶标和功能的鉴定将进一步夯实Hfq作为细菌中多种代谢途径核心调控因子的重要地位,也表明该蛋白的功能并不局限于其在RNA和蛋白质代谢中的作用。本文总结了Hfq在DNA代谢调控中的近几年最新研究进展,并展望了其前景。     

细菌非编码小RNA分子RyhB的结构与功能

RyhB是一种大小为90个核苷酸的细菌非编码小RNA分子(small noncoding RNA, sRNA).当铁缺乏时,RyhB通过下调一系列与铁的储存和利用相关蛋白的表达水平以维持体内的铁平衡,而其本身的表达则受到负调控因子Fur(ferric uptake regulator)的调节.在体内,RyhB与Hfq蛋白和核糖核酸酶E (ribonuclease E, RNase E)形成核蛋白复合物sRNP来发挥活性.sRNP通过RyhB与靶基因的互补配对序列作用于靶基因的核糖体结合位点,阻断靶mRNA的翻译,并迅速引起靶mRNA的降解.此外,RyhB还可以通过影响致病菌的生物膜形成、趋化性、耐酸性等方面的能力对细菌的致病力进行调节.本文综述了RyhB的结构、功能及作用机制方面的研究进展,并对其存在的生理意义进行了探讨.     

细菌全局性调控因子CsrA的结构与功能

碳存储调控因子A (carbon storage regulator, CsrA) 是一种RNA结合蛋白,在细菌的碳代谢、生物被膜形成、运动性、病原菌毒力、群体感应、环二鸟苷酸信号合成、应激感应等多种生理过程中具有重要调节功能,是全局性调控蛋白.它通过与靶标mRNA的特异结合,抑制其翻译或增强其稳定性来调控下游基因的表达,属于转录后调控因子的范畴.CsrA蛋白的表达与活性受碳存储调控(Csr)系统本身多个自主调节回路的精密控制：　一些小的非编码RNA (snmRNAs,如CsrB/C）作为拮抗因子与CsrA二聚体结合并抑制其活性;而这些snmRNAs在体内又可在CsrD的辅助下被核糖核酸内切酶E和多核苷酸磷酸化酶降解,释放CsrA的活性.当前,对于Csr系统的调节作用、调控通路与机制的研究是细菌学研究的热点,本文综述了该蛋白及Csr系统的结构、功能和作用机制的最新研究进展.     

细菌RNA稳定性调控相关元件的研究进展

RNA降解体（细菌RNA降解的主要执行者）是一种多亚基的蛋白质复合物,主要由RNA解螺旋酶、聚核苷酸磷酸化酶（polynucleotide phosphorylase,PNPase）、内切核酸酶（ribonuclease E,RNase E）以及糖酵解途径中的烯醇化酶、磷酸果糖激酶等组成,参与核糖体RNA（ribosome RNA,rRNA）的加工以及信使RNA（messenger RNA,mRNA）的降解。此外,RNA分子伴侣Hfq和调控小RNA（small RNA,sRNA）在RNA稳定性调控中也发挥着重要作用。综述了细菌RNA稳定性调控相关功能元件,特别是降解体蛋白及RNA分子伴侣Hfq的最新进展,以期为研究细菌RNA稳定性及其参与的代谢调控提供理论参考。     

综述: 大肠杆菌RNA分子伴侣Hfq与DsrA和rpoS作用机制的研究进展

RNA分子伴侣Hfq是细菌重要的转录后调节因子,它能够帮助非编码small RNA(sRNA)与目标mRNA配对．mRNA rpoS编码的稳态sigma因子σ^S是大肠杆菌中应激响应的核心调控因子．在低温下,Hfq蛋白对于sRNA DsrA介导的mRNA rpoS的翻译激活是必需的．然而,Hfq使用何种机制来促进sRNA和mRNA配对一直有两种并不互斥的模型存在：Hfq远侧和近侧两个表面同时结合sRNA和mRNA,使得两条RNA相互靠近,便于形成碱基配对;Hfq可能结合一条或者两条RNA,改变它们的二级结构或者三级结构,从而促进sRNA-mRNA配对的实现．最近的研究报道,成功在体外捕捉到了sRNA-Hfq-mRNA三元复合物,测定了AU₆A-Hfq-A₇三元复合物的晶体结构,并且在大肠杆菌体内证实了三元复合物的形成对于Hfq帮助sRNA DsrA激活mRNA rpoS的翻译是重要的．本文以sRNA DsrA和mRNA rpoS为例综述了蛋白质Hfq与RNA的结合特性,同时也讨论了sRNA-Hfq-mRNA三元复合物的存在对于研究sRNA介导的调控机制的一些启示．     

真核生物rRNA基因的转录调节

核糖体RNA(rRNA）基因的转录直接决定着细胞核糖体的生物发生,而后者与细胞的生长、增殖等行为相适应.研究发现,rRNA基因转录以RNA聚合酶Ⅰ（Pol Ⅰ）为核心,有多种因子参与,并受到多种调控因子的严密调节控制;各调控因子不仅均有自己特异的作用位点,而且又彼此关联、相辅相成.本文在简要介绍真核生物rRNA基因转录基本过程与涉及的主要因子的基础上,重点阐述了rRNA基因转录的主要调节方式,包括ERK、mTOR和JNK等信号转导通路对转录因子磷酸化的影响;转录因子的乙酰化;细胞周期相关因子和其它因子的多种作用方式等. 概括起来看,真核生物rRNA基因转录调节的核心机制是调节转录因子间及转录因子与DNA间的相互作用或影响染色质结构,从而实现对rRNA基因转录的调控,以满足特定生理/病理状况下细胞对rRNA量的要求.     

动物胚胎发育早期母源性基因表达研究进展

动物早期胚胎发育是由贮存在受精卵内的母源性mRNAs和蛋白质控制的：卵母细胞成熟过程中母源性基因(maternal gene)表达并贮存产物．主要是由RNA和包装蛋白组成的RNP(ribonucleoprotein)颗粒．其中Y—box结合蛋白是主要的包装成分．它不仅参与了RNA的包装,并可能与RNP的亚细胞定位有关．卵子受精激发贮存的mRNA翻译并调节第一次卵裂。翻译起始因子eIF4E及其结合蛋白4E—BP(4E—binding protein)参与第一次卵裂的调节。母源性基因指导受精卵最初的数次卵裂．合子基因在随后的胚胎发育中起调控作用、母源性基因Tumorhead(TH)的表达产物TH蛋白能够影响所有卵裂球的增殖,而合子表达的TH蛋白具有外胚层特异性。     

色氨酸操纵子调控机理详析

色氨酸操纵子是最早被研究的细菌合成代谢调控、基因表达调控的模型之一。其中阻遏蛋白对转录起始的抑制作用、色氨酸作为辅阻遏物的作用以及通过定点突变揭示的弱化作用的分子机制已基本被阐明。此外,色氨酸操纵子RNA结合弱化蛋白、NusA、NusG、TrpY等调节蛋白对细菌色氨酸操纵子弱化作用的调节机制也在近年来得到进一步揭示。特别是在枯草芽孢杆菌中,色氨酸操纵子主要依赖于转录衰减机制调控,包括由色氨酸激活的色氨酸操纵子RNA结合弱化蛋白与新生转录产物结合形成内部终止子,导致5′非翻译区（5′UTR）转录终止。NusA、NusG通过刺激RNA聚合酶在5′UTR的U107和U144位点暂停,释放出RNA聚合酶,最终造成转录终止。不同的是,在U144位点NusA参与的转录弱化机制依赖其发夹结构,且NusA与RNA聚合酶作用促进了RNA结合弱化蛋白与新生转录产物的结合,使转录终止。而NusG是通过与非模板DNA链中的一段富含T碱基序列和RNA聚合酶同时互作,阻止了RNA聚合酶向下游移动,从而引起RNA聚合酶高效停滞。但在细菌操纵子中,绝大多数调节因子参与的弱化机制最终依赖于ρ因子,从而导致多达一半的转录终止事件发生。近年来,随着学科的发展,越来越多关于色氨酸操纵子调节机制新概念被挖掘报道,这也使人类对色氨酸操纵子的表达调控机制的认知愈加详尽。     

肺炎克雷伯菌Hfq蛋白特性及对耐药的影响

Hfq(host factor for RNA phage QB replicase)蛋白是一个全局性调节因子,广泛参与细菌生长、趋化、毒力、耐药及应对外界选择压力等方面的调节,但在肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae,KP)中的功能尚不清楚。本研究从临床病例中分离到59株KP,将其hfq基因与11例常见临床感染菌株hfq基因〔从美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information, NCBI)数据库下载〕进行了比较。所有hfq基因经EMBOSS Transeq翻译成氨基酸序列,用MAFFT软件进行多序列比对,并通过NCBI数据库中的保守结构域预测Hfq蛋白结构域。分别采用ESPript3.0、Phyre2分析Hfq蛋白的二、三级结构。59株KP中仅3株hfq基因的5个密码子位点存在差异,而其蛋白质氨基酸序列完全一致。KP与大肠埃希菌、阴沟肠杆菌、痢疾志贺菌之间,Hfq蛋白的氨基酸序列相似度较高,主要区别在C末端上;与金黄色葡萄球菌、产单核细胞李斯特菌相比,KP Hfq蛋白在N末端和C末端上差别较大;所有菌株C末端均呈酸性。三级结构预测提示68(66.67%)个氨基酸与模板序列一致, 较为保守的功能结构为54-VYKHAI-59序列。采用CRISPR/Cas9同源重组技术敲除KP的hfq基因,并对其进行药物敏感性测试,结果显示,基因敲除菌株对抗生素的耐药性较野生株有显著下降(P<0.05),差异有统计学意义,提示KP的Hfq蛋白氨基酸序列非常保守,可能参与了KP的耐药调节。     

维甲酸诱导基因Ⅰ研究进展

维甲酸诱导基因Ⅰ(RIG-Ⅰ),能在多种细胞中被不同的刺激诱导表达,是RNA病毒致天然免疫的重要调控因子.概述其发现、诱导、结构、功能、机理及同源蛋白等的研究现状,并展望相关动向.