Потенційні температурно-чутливі рибоперемикачі в геномі сальмонел

Abstract

На цей час відомо низку температурно-чутливих елементів – РНК-термометрів, що відрізняються структурно та функціонально, – які контролюють розмаїття біологічних процесів бактерій, включаючи вірулентність. Відомі РНК-термометри є структурами, що являють собою або одну протяжну шпилькову структуру, або декілька шпильок, які можуть бути як досконалими, так і недосконалими. На основі комп’ютерного та термодинамічного аналізів повністю секвенованих геномів 25 ізолятів Salmonella enterica встановлено алгоритм та критерії пошуку потенційних РНК-термометрів, що дозволить в подальшому провести пошук потенційних РНК-термометрів в геномі інших соціально значимих патогенів. Для S. enterica на додаток до відомого 4U-РНК-термометра визначено чотири шпилькові структури, які можуть бути новими РНК-термометрами. Вони відповідають необхідним та достатнім умовам утворення РНК-термометрів та є висококонсервативними неканонічними структурами, оскільки присутні в геномі всіх досліджених ізолятів S. enterica. Проаналізовано температурно-чутливий мотив в плазміді pXO1 збудника сибірки Bacillus anthracis, а досконалі шпильки, що утворюють хрестоподібну структуру в суперспіральній плазміді pUC8, візуалізовано за допомогою атомно-силової мікроскопії.

В настоящее время известен ряд структурно и функционально отличающихся температурочувствительных элементов – РНК-термометров, которые контролируют разнообразие биологических процессов бактерий, включая вирулентность. Известные РНК-термометры являются структурами, представляющими или одну протяженную шпилечную структуру, или несколько шпилек, которые могут быть как совершенными, так и несовершенными. На основе компьютерного и термодинамического анализов полностью секвенированных геномов 25 изолятов Salmonella enterica установлены алгоритмы и критерии поиска потенциальных РНК-термометров, что позволит в дальнейшем провести поиск потенциальных РНК-термометров в геноме других социально значимых патогенов. Для S. enterica в дополнение к известному 4U-РНК-термометру определены четыре шпилечные структуры (две из них локализованы в 5′-нетранслируемой области регуляторов вирулентности gltB и yaeQ), которые могут быть новыми РНК-термометрами. Они соответствуют необходимым и достаточным условиям образования РНК-термометров и являются высоко-консервативными неканоническими структурами, поскольку присутствуют в геноме всех исследованных изолятов S. enterica. Совершенные шпильки, образующие крестообразную структуру в суперспиральной плазмиде pUC8, визуализированы посредством атомно-силовой микроскопии.

Currently, a number of structurally and functionally different temperature-sensitive elements like as RNA thermometers which control a variety of biological processes of bacteria, including virulence, are known. Well-known RNA thermometers correspond to one long step-loop structure or few hairpins which can be matched or mismatched. Based on the computer and thermodynamical analysis of 25 isolates of Salmonella enterica with complete genome, algorithm and the criteria of search for putative RNA thermometers were developed. It will permit to perform the search of potential riboswitchers in genome of socially significant pathogens in the future. For S. enterica, in addition to well-known 4U RNA thermometer, four step-loop structures that may be new RNA thermometers were identified and two of them are localized in 5'-UTR of virulence regulators gltB and yaeQ. They correspond to necessary and sufficient conditions of RNA thermometer formation as far as these highly conservative structures are found in genome of all 25 isolates of S. enterica. Matched hairpins forming cruciform structure in supercoiled pUC8 plasmid were visualized by atomic force microscopy.