ARN pequeño bacteriano

Los ARN pequeños bacterianos son ARN pequeños producidos por bacterias ; son moléculas de ARN no codificantes de 50 a 500 nucleótidos , altamente estructuradas y que contienen varios bucles de tallo . ^{[1] [2]} Se han identificado numerosos ARN pequeños utilizando análisis computacionales y técnicas de laboratorio como Northern blotting , microarrays y RNA-Seq ^[3] en varias especies bacterianas, incluidas Escherichia coli , ^{[4] [5] [6]} el patógeno modelo Salmonella , ^[7] la alfaproteobacteria fijadora de nitrógeno Sinorhizobium meliloti , ^[8] las cianobacterias marinas , ^[9] Francisella tularensis (el agente causante de la tularemia ), ^[10] Streptococcus pyogenes ^[11] , el patógeno Staphylococcus aureus ^[12] y el patógeno vegetal Xanthomonas oryzae pathovar oryzae . ^[13] Los ARN pequeños bacterianos afectan la forma en que se expresan los genes dentro de las células bacterianas a través de la interacción con el ARNm o la proteína y, por lo tanto, pueden afectar una variedad de funciones bacterianas como el metabolismo, la virulencia, la respuesta al estrés ambiental y la estructura. ^{[7] [12]}

En la década de 1960, se utilizó la abreviatura sRNA para referirse al "ARN soluble", que ahora se conoce como ARN de transferencia o ARNt (para un ejemplo de la abreviatura utilizada en este sentido, consulte ^[14] ). Ahora se sabe que la mayoría de los sRNA bacterianos están codificados por genes independientes ubicados en las regiones intergénicas (IGR) entre dos genes conocidos. ^{[3] [6]} Sin embargo, se ha demostrado que una clase de sRNA se deriva del 3'-UTR de los ARNm mediante transcripción independiente o escisión nucleolítica. ^[15]

El primer ARN pequeño bacteriano se descubrió y caracterizó en 1984. ^{[16] Se descubrió que} MicF en E. coli regulaba la expresión de un gen estructural clave que compone la membrana externa de la célula de E. coli . ^[17] Poco después, se descubrió que el ARN pequeño RNAIII de Staphylococcus aureus actuaba como un regulador global de la virulencia de S. aureus y la secreción de toxinas. ^[17] Desde estos descubrimientos iniciales, se han identificado más de seis mil ARN pequeños bacterianos, principalmente a través de experimentos de secuenciación de ARN . ^[18]

Se pueden utilizar varias técnicas de laboratorio y bioinformáticas para identificar y caracterizar las transcripciones de ARN pequeño. ^[3]

• La secuenciación de ARN , o RNA-seq, se utiliza para analizar los niveles de expresión de todas las transcripciones de un genoma, incluidos los ARN pequeños. ^[19]
• Los microarrays utilizan sondas de ADN complementarias para unirse a posibles loci de ARNm en regiones intergénicas. ^[3]
• La técnica Northern blotting puede revelar el tamaño de transcripción del ARN pequeño y los niveles de expresión posibles al ejecutar una muestra de ARN mixta en un gel de agarosa y buscar el ARN pequeño deseado. ^[3]
• El software de predicción de objetivos puede predecir posibles interacciones entre ARN pequeños y ARNm al encontrar regiones de complementariedad dentro de las secuencias objetivo de ARN pequeños y ARNm. ^[20]
• La reticulación con ARNasa permite validar experimentalmente las interacciones entre ARNs pequeños y ARNm mediante la reticulación de un ARNs pequeño y su diana con luz ultravioleta , junto con las enzimas ARNasa que también suelen estar implicadas en la interacción. A continuación, se puede aislar y analizar el híbrido ARNs pequeño:ARNm. ^[21]

Los ARN pequeños bacterianos tienen una amplia variedad de mecanismos reguladores. En general, los ARN pequeños pueden unirse a dianas proteicas y modificar la función de la proteína unida. ^[22] Alternativamente, los ARN pequeños pueden interactuar con dianas de ARNm y regular la expresión génica uniéndose a ARNm complementario y bloqueando la traducción, o desenmascarando o bloqueando el sitio de unión del ribosoma . ^[22]

Los ARN pequeños que interactúan con el ARNm también se pueden clasificar como que actúan en cis o en trans . Los ARN pequeños que actúan en cis interactúan con genes codificados en el mismo locus genético que el ARN pequeño. ^[23] Algunos ARN pequeños que actúan en cis actúan como riboswitches , que tienen receptores para señales ambientales o metabólicas específicas y activan o reprimen genes en función de estas señales. ^[17] Por el contrario, los ARN pequeños codificados en trans interactúan con genes en loci separados. ^[1]

Entre los objetivos de los sRNA se encuentran varios genes de mantenimiento. El ARN 6S se une a la ARN polimerasa y regula la transcripción , el ARNtm tiene funciones en la síntesis de proteínas, incluido el reciclaje de ribosomas estancados , el ARN 4.5S regula la partícula de reconocimiento de señales (SRP) , que es necesaria para la secreción de proteínas y la ARNasa P está involucrada en la maduración de los ARNt . ^{[24] [25]}

Muchos ARN pequeños están involucrados en la regulación de la respuesta al estrés. ^[26] Se expresan en condiciones de estrés como el choque frío , el agotamiento de hierro , el inicio de la respuesta SOS y el estrés de azúcar. ^{[25] Se ha descubierto que el ARN pequeño} ryfA afecta la respuesta al estrés de E. coli uropatógena , bajo estrés osmótico y oxidativo. ^[27] El ARN pequeño ARN 1 inducido por estrés de nitrógeno (NsiR1) es producido por cianobacterias en condiciones de privación de nitrógeno . ^[28] Los ARN pequeños NisR8 y NsiR9 de cianobacterias podrían estar relacionados con la diferenciación de células fijadoras de nitrógeno ( heterocistos ). ^[29]

El gen RpoS en E. coli codifica sigma 38 , un factor sigma que regula la respuesta al estrés y actúa como regulador transcripcional para muchos genes involucrados en la adaptación celular. Al menos tres ARN pequeños, DsrA, RprA y OxyS, regulan la traducción de RpoS. DsrA y RprA activan la traducción de RpoS al aparearse con una región en la secuencia líder del ARNm de RpoS e interrumpir la formación de una horquilla que libera el sitio de carga del ribosoma. OxyS inhibe la traducción de RpoS. Los niveles de DsrA aumentan en respuesta a bajas temperaturas y estrés osmótico , y los niveles de RprA aumentan en respuesta al estrés osmótico y al estrés de la superficie celular, aumentando así los niveles de RpoS en respuesta a estas condiciones. Los niveles de OxyS aumentan en respuesta al estrés oxidativo , inhibiendo así a RpoS en estas condiciones. ^{[25] [30] [31]}

La membrana externa de las bacterias gramnegativas actúa como una barrera para prevenir la entrada de toxinas en la célula bacteriana y desempeña un papel en la supervivencia de las células bacterianas en diversos entornos. Las proteínas de la membrana externa (OMP) incluyen porinas y adhesinas . Numerosos sRNA regulan la expresión de OMP. Las porinas OmpC y OmpF son responsables del transporte de metabolitos y toxinas. La expresión de OmpC y OmpF está regulada por los sRNA MicC y MicF en respuesta a condiciones de estrés. ^{[32] [33] [34]} La proteína de membrana externa OmpA ancla la membrana externa a la capa de mureína del espacio periplásmico . Su expresión se regula a la baja en la fase estacionaria del crecimiento celular. En E. coli, el sRNA MicA agota los niveles de OmpA, en Vibrio cholerae, el sRNA VrrA reprime la síntesis de OmpA en respuesta al estrés. ^{[32] [35]}

En algunas bacterias, los ARN pequeños regulan los genes de virulencia. En Salmonella , el ARN InvR codificado por la isla de patogenicidad reprime la síntesis de la principal proteína de membrana externa OmpD; otro ARN pequeño DapZ coactivado de 3'-UTR reprime abundantes transportadores de membrana Opp/Dpp de oligopéptidos; ^[15] y el ARN pequeño SgrS regula la expresión de la proteína efectora secretada SopD. ^[7] En Staphylococcus aureus , el ARNIII regula varios genes involucrados en la producción de toxinas y enzimas y proteínas de la superficie celular. ^[25] El ARN pequeño FasX es el único ARN regulador bien caracterizado que se sabe que controla la regulación de varios factores de virulencia en Streptococcus pyogenes , incluidas tanto las proteínas de adhesión asociadas a la superficie celular como los factores secretados. ^{[36] [37] [38] [39]}

En las especies de Vibrio , los ARN pequeños Qrr y la proteína chaperona Hfq están involucrados en la regulación del quórum sensing . Los ARN pequeños Qrr regulan la expresión de varios ARNm, incluidos los reguladores maestros del quórum sensing LuxR y HapR. ^{[40] [41]}

La biopelícula es un tipo de patrón de crecimiento bacteriano en el que múltiples capas de células bacterianas se adhieren a la superficie de un huésped. Este modo de crecimiento se encuentra a menudo en bacterias patógenas, incluida Pseudomonas aeruginosa , que puede formar una biopelícula persistente dentro del tracto respiratorio y causar una infección crónica. ^[42] Se descubrió que el ARNm pequeño SbrA de P. aeruginosa era necesario para la formación completa de la biopelícula y la patogenicidad. ^[42] Una cepa mutante de P. aeruginosa con SbrA eliminado formó una biopelícula un 66% más pequeña y su capacidad para infectar un modelo de nematodos se redujo casi a la mitad en comparación con P. aeruginosa de tipo salvaje . ^[42]

Varios ARN pequeños bacterianos están involucrados en la regulación de genes que confieren resistencia a los antibióticos . ^[43] Por ejemplo, el ARN pequeño DsrA regula una bomba de eflujo de fármacos en E. coli , que es un sistema que bombea mecánicamente antibióticos fuera de las células bacterianas. ^[43] E. coli MicF también contribuye a la resistencia a los antibióticos de las cefalosporinas , ya que regula las proteínas de membrana involucradas en la absorción de esta clase de antibióticos. ^[43]

Para comprender la función de un ARN pequeño, primero es necesario describir sus objetivos. En este caso, las predicciones de objetivos representan un método rápido y gratuito para la caracterización inicial de posibles objetivos, dado que el ARN pequeño realmente ejerce su función a través del apareamiento directo de bases con un ARN objetivo. Algunos ejemplos son CopraRNA, ^{[44] [45]} IntaRNA, ^{[45] [46] [47]} TargetRNA ^[20] y RNApredator. ^[48] Se ha demostrado que la predicción de objetivos para ARN pequeños de enterobacterias puede beneficiarse de mapas de unión de Hfq en todo el transcriptoma. ^[49]

• BSRD (kwanlab.bio.cuhk.edu.hk/BSRD) es un repositorio de secuencias de ARN pequeño publicadas con múltiples anotaciones y perfiles de expresión. ^[18]
• SRD (srd.genouest.org/) es una base de datos de ARN pequeños de Staphylococcus aureus con secuencias, estructuras previstas y sitios de inicio y finalización del genoma. ^[50]
• sRNAdb (http://srnadb.fb11.uni-giessen.de/sRNAdb) es una base de datos de sRNA de especies bacterianas Gram-positivas con anotación de secuencia. ^[51]

• 5 ARNs ureB primarios
• ARN pequeño Aar , un ARN pequeño producido por especies de Acinetobacter
• AfaR small RNA , un ARN pequeño producido por la bacteria Escherichia coli .
• ARN pequeños BSR de Bacillus subtilis
• ARNm de Escherichia coli
• ARNm de Mycobacterium tuberculosis
• ARNm de Bacteroides thetaiotaomicron
• ARN no codificante
• ARNm de Xanthomonas
• ARNm de Brucella
• Anti ARN pequeño
• Riboconmutadores
• ARNm de estreptococo
• MicF , el primer ARN pequeño cromosómico caracterizado
• RNAIII , el primer sRNA bacteriano caracterizado que influye en la virulencia
• VR-RNA , un ARN pequeño producido por Clostridium perfringens .