ARN qrr
Molécula biológica
ARN regulador del quórum
Identificadores
SímboloQrr
Símbolos alternativosQrr1–5
RFAMRF00378
Otros datos
Tipo de ARNARN pequeño
Dominio(s)Vibrio
Estructuras del PDBPDBe

Introducción

Qrr ( ARN regulador de quórum ) [1] es un ARN pequeño no codificante que se cree que está involucrado en la regulación del quórum sensing en especies de Vibrio . El uso de ARN pequeños para funciones vitales como el metabolismo, el ciclo de infecciones y la respuesta al estrés es omnipresente entre las bacterias. [2] Qrr opera como parte de un ciclo de retroalimentación negativa que regula el cambio en el estado celular del de poblaciones de baja densidad al de poblaciones de alta densidad. [3] Este sistema de retroalimentación permite respuestas rápidas a los cambios en la densidad celular de la población, eliminando la producción de moléculas costosas en energía. [4] Se cree que estos ARN, guiados por una proteína , Hfq , pueden mediar la desestabilización de los reguladores maestros del quórum sensing LuxR/HapR/VanT ARNm . [2] [5] Este grupo de ARN no codificantes son ARN pequeños transactuantes (ARNp) que se unen a través del apareamiento de bases al dominio no transcrito de sus ARNm dianas. Esta unión produce degradación o estabilización, decidiendo su destino traduccional. [6]

Características del ARN Qrr

Genes, expresión y mecanismo

Hay 5 genes qrr diferentes (Qrr1–5) en V. harveyi ; de estos, qrr2 , 3 y 4 son activados por LuxR. [5] Otras especies de Vibrio contienen una cantidad variable de estos genes, con funciones y promoción superpuestas. [6] Cada uno de estos ARN Qrr se expresa en diferentes momentos, fluctuando en nivel. [7] Cada gen se expresa individualmente en función de las condiciones de crecimiento, con factores y reguladores únicos que controlan su expresión respectiva. [6] Por ejemplo, LuxT reprime transcripcionalmente qrr1 , pero no regula los otros genes qrr . [8] Los genes se expresan en este orden de menor a mayor: Qrr5, Qrr1, Qrr3, Qrr2, Qrr4. [8]

Mecanismos del complejo Qrr RNA-Hfq que actúa sobre dianas de ARNm.

Se han establecido exactamente 20 dianas de ARNm de los ARN en V ibrio. [7] Estas moléculas utilizan cuatro estrategias de regulación a través de interacciones únicas de apareamiento de bases con dianas de ARNm: secuestro para luxO, degradación acoplada para luxM, descubrimiento del RBS de aphA y degradación catalítica para luxR. [7] Cada ARN Qrr contiene regiones de unión específicas para diferenciar entre diferentes dianas de ARNm. [9] La traducción de AphA se mejora para condiciones de baja densidad celular, mientras que LuxR se inhibe para condiciones de alta densidad celular. [6] Se descubrió que Qrr2 es único en poseer dos promotores y utilizado por otras especies además de Vibrio. [6] El tipo único de regulación por ARN Qrr probablemente produce patrones de expresión que los factores de transcripción de proteínas no pueden. [4]

La proteína Hfq actúa como mediadora entre cada ARN qrr y sus respectivos ARNm diana. [7] También protege a las moléculas inestables de la degradación libre por la ARNasa. La abundancia de Hfq limita la unión del ARN qrr, ya que los ARN separados compiten por su comportamiento protector. [7]

Estructura y evolución

Los ARN Qrr se identificaron por primera vez en 2004 en pruebas bioinformáticas de varias especies de Vibrio . [1] Se cree que la parte del tallo en forma de bucle de la estructura del ARN era fundamental para sus funciones primordiales, y que otras funcionalidades eran resultado de mutaciones de secuencia. [10] La molécula está compuesta por cuatro tallos en forma de bucle (los bucles se ven en la imagen "ARN regulador de quórum"): dos tallos en forma de bucle funcionan mediante el apareamiento de bases con los objetivos del ARNm, el segundo también aísla la estructura de la degradación mediada por la ARNasa E, el tercero ayuda a estabilizar el apareamiento de bases y el cuarto se utiliza como terminador. [4]

Los genes qrr comparten un 80% de similitud de secuencia, con predicciones de estructuras secundarias análogas . [2] En caso de deficiencia en un solo ARN Qrr, los otros genes se regulan positivamente para compensar la pérdida, pero también pueden tener funciones independientes. [2] Dos bucles de retroalimentación conocidos explican el ajuste de la expresión: los bucles de retroalimentación HapR-Qrr y LuxO-Qrr. [2] Esta dualidad funcional da plasticidad a las bacterias que poseen estos genes, lo que les permite reaccionar en consecuencia a las condiciones ambientales y comunitarias. [8]

Aplicaciones y ejemplos

Modelo de detección de quórum en V. harveyi A) baja densidad celular B) alta densidad celular

Detección de quórum para bioluminiscencia enV. Harvey

Se han descubierto vías mecanísticas detalladas para la utilización del ARN Qrr en V. harveyi para el fenómeno de la bioluminiscencia . Esta especie produce tres autoinductores (AI): AI-1, LuxS y CAI-1. [8] LuxN, LuxPq y CqsS reconocen estos AI, respectivamente. Se producen pocos AI cuando la densidad celular es baja, lo que conduce a un LuxO fosforilado , junto con el factor sigma 54, que activa la expresión de qrr1-5 . [8] Los sitios de unión para estos dos reguladores se encuentran aguas arriba de cada qrr. [8] Postranscripcionalmente, los ARN Qrr promueven la expresión del regulador maestro de baja densidad celular aphA y reprimen la expresión del regulador maestro de alta densidad celular luxR. Su expresión también inhibe la expresión del operón luciferasa , que permite la salida luminiscente para V. harveyi. [8] El fenómeno opuesto ocurre en una alta densidad celular, con una alta expresión de AI y la consiguiente reversión de los niveles de expresión de aphA y luxR . Se expresa el operón luciferasa y se produce luminiscencia para la comunicación celular. [8] La fosforilación de LuxO es clave para este mecanismo, no necesariamente la expresión de luxO . [8]

Otras funciones

Recientemente también se han investigado nuevos ARN qrr en especies fuera del género Vibrio . Uno de estos ARN, AmiL, se identificó en Pseudomonas aeruginosa . [11] Se descubrió que AmiL estaba involucrado en la virulencia de P. aeruginosa, incluida la citotoxicidad en mamíferos, la formación de biopelículas y la motilidad. [11] Este ARN participa en una red más grande de detección de quórum que aún debe dilucidarse.

Se han identificado 16 dianas adicionales del ARN Qrr fuera de las redes reguladoras del quórum sensing. [4] Entre ellas se encuentran ciertos factores de virulencia controlados por el quórum sensing y receptores de quimiotaxis , que anteriormente se creía que solo estaban regulados por factores de transcripción de proteínas. Dado que la producción de estos factores sobrecarga a la célula, la rápida regulación de la respuesta proporcionada por el ARN Qrr podría ser ventajosa en la represión que conserva la energía. [4]

Referencias

  1. ^ ab Lenz, DH; Mok KC; Lilley BN; Kulkarni RV; Wingreen NS; Bassler BL (2004). "La chaperona de ARN pequeño Hfq y múltiples ARN pequeños controlan la detección de quórum en Vibrio harveyi y Vibrio cholerae". Cell . 118 (1): 69–82. doi : 10.1016/j.cell.2004.06.009 . PMID  15242645.
  2. ^ abcde Svenningsen SL, Tu KC, Bassler BL (2009). "La compensación de la dosis génica calibra cuatro ARN reguladores para controlar la detección de quórum de Vibrio cholerae". EMBO J . 28 (4): 429–439. doi :10.1038/emboj.2008.300. PMC 2632942 . PMID  19165149. 
  3. ^ Tu KC, Long T, Svenningsen SL, Wingreen NS, Bassler BL (2010). "Los bucles de retroalimentación negativa que involucran ARN reguladores pequeños controlan con precisión la respuesta de detección de quórum de Vibrio harveyi". Mol Cell . 37 (4): 567–579. doi :10.1016/j.molcel.2010.01.022. PMC 2844700 . PMID  20188674. 
  4. ^ abcde Shao, Yi; Feng, Lihui; Rutherford, Steven T; Papenfort, Kai; Bassler, Bonnie L (9 de julio de 2013). "Determinantes funcionales de los ARN no codificantes con detección de quórum y sus funciones en la regulación de dianas". The EMBO Journal . 32 (15): 2158–2171. doi :10.1038/emboj.2013.155. ISSN  0261-4189. PMC 3730234 . PMID  23838640. 
  5. ^ ab Tu, K.; Waters, C.; Svenningsen, S.; Bassler, B. (noviembre de 2008). "Un bucle de retroalimentación negativa mediado por ARN pequeño controla la dinámica de detección de quórum en Vibrio harveyi". Microbiología molecular . 70 (4): 896–907. doi :10.1111/j.1365-2958.2008.06452.x. ISSN  0950-382X. PMC 2680268 . PMID  18808382. 
  6. ^ abcde Tague, JG; Hong, J.; Kalburge, SS; Boyd, EF (18 de enero de 2022). O'Toole, George (ed.). "El ARN pequeño regulador Qrr2 se expresa independientemente del factor sigma-54 y puede funcionar como el único ARN pequeño Qrr para controlar la detección de quórum en Vibrio parahaemolyticus". Revista de bacteriología . 204 (1): e00350–21. doi :10.1128/JB.00350-21. ISSN  0021-9193. PMC 8765448 . PMID  34633869. 
  7. ^ abcde Feng, Lihui; Rutherford, Steven T.; Papenfort, Kai; Bagert, John D.; van Kessel, Julia C.; Tirrell, David A.; Wingreen, Ned S.; Bassler, Bonnie L. (15 de enero de 2015). "Un ARN no codificante Qrr despliega cuatro mecanismos reguladores diferentes para optimizar la dinámica de detección de quórum". Cell . 160 (1): 228–240. doi :10.1016/j.cell.2014.11.051. ISSN  0092-8674. PMC 4313533 . PMID  25579683. 
  8. ^ abcdefghi Eickhoff, Michaela J.; Fei, Chenyi; Huang, Xiuliang; Bassler, Bonnie L. (1 de abril de 2021). "LuxT controla comportamientos específicos regulados por detección de quórum en Vibrionaceae spp. mediante la represión de qrr1, que codifica un pequeño ARN regulador". PLOS Genetics . 17 (4): e1009336. doi : 10.1371/journal.pgen.1009336 . ISSN  1553-7404. PMC 8043402 . PMID  33793568. 
  9. ^ Shao, Yi; Bassler, Bonnie L. (febrero de 2012). "Los ARN pequeños no codificantes con detección de quórum utilizan regiones de emparejamiento únicas para controlar diferencialmente los ARNm objetivo". Microbiología molecular . 83 (3): 599–611. doi :10.1111/j.1365-2958.2011.07959.x. ISSN  1365-2958. PMC 3262071 . PMID  22229925. 
  10. ^ Dutcher, H. Auguste; Raghavan, Rahul (6 de abril de 2018). Storz, Gisela; Papenfort, Kai (eds.). "Origen, evolución y pérdida de ARN pequeños bacterianos". Microbiology Spectrum . 6 (2): 6.2.12. doi :10.1128/microbiolspec.RWR-0004-2017. ISSN  2165-0497. PMC 5890949 . PMID  29623872. 
  11. ^ ab Pu, Jieying; Zhang, Shebin; Él, Xi; Zeng, Jianming; Shen, Cong; Luo, Yanfen; Li, Honglin; Largo, Yifei; Liu, Jianping; Xiao, Qian; Lu, Yang; Huang, Bin; Chen, Cha (27 de abril de 2022). Más bien, Philip N. (ed.). "El ARN pequeño AmiL regula la virulencia mediada por la detección de quórum en Pseudomonas aeruginosa PAO1". Espectro de Microbiología . 10 (2): e02211–21. doi :10.1128/espectro.02211-21. ISSN  2165-0497. PMC 9045362 . PMID  35262393. 

Lectura adicional

  • Shao, Y; Bassler, BL (3 de abril de 2014). "Los ARN pequeños reguladores de quórum reprimen la secreción de tipo VI en Vibrio cholerae". Microbiología molecular . 92 (5): 921–930. doi :10.1111/mmi.12599. PMC  4038675 . PMID  24698180.
  • Tu, Kimberly C. (15 de enero de 2007). "Múltiples ARN pequeños actúan de forma aditiva para integrar la información sensorial y controlar la detección de quórum en Vibrio harveyi". Genes Dev . 21 (2): 221–233. doi :10.1101/gad.1502407. PMC  1770904 . PMID  17234887.
  • Waters, Christopher M. (1 de octubre de 2006). "El sistema de detección de quórum de Vibrio harveyi utiliza componentes reguladores compartidos para discriminar entre múltiples autoinductores". Genes Dev . 20 (19): 2754–67. doi : 10.1101/gad.1466506 . PMC  1578700 . PMID  17015436. S2CID  6251192.
  • Página de ARN de Qrr en Rfam
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