Новый механизм регуляции инфекций Salmonella с помощью малых РНК
Бактерии Salmonella — пищевые патогены, ежегодно заражающие миллионы людей. Для заражения они используют сложную сеть генов, позволяющую им чувствовать условия окружающей среды. Новое исследование раскрыло ключевую роль малых РНК (sRNAs) в экспрессии генов вирулентности Salmonella.
Бактерии заражают человека, сначала вторгаясь в клетки кишечника с помощью иглоподобной структуры — системы секреции 3-го типа. Она впрыскивает белки прямо в клетки, запуская каскад изменений, вызывающих воспаление и диарею. Гены этой системы и другие, необходимые для вторжения, находятся в области ДНК, известной как остров патогенности Salmonella 1 (SPI-1).
«SPI-1 должен быть строго контролируем, — говорит первый автор исследования Сабрина Абдулла. — Если аппарат системы секреции 3-го типа не создается, Salmonella не может вызвать инфекцию, а если его создается слишком много, это вредит самой бактерии».
SPI-1 регулируется сложной сетью. Три фактора транскрипции — HilD, HilC и RtsA — контролируют собственную экспрессию и экспрессию друг друга. Они также активируют другой фактор, HilA, который включает остальные гены SPI-1. Кроме того, SPI-1 должен реагировать на множество сигналов среды, чтобы настроить экспрессию генов для заражения.
«Мы давно знали, что многие факторы среды влияют на регуляцию генов у Salmonella, но не понимали как. Тогда исследователи обратили внимание на малые РНК», — поясняет Абдулла.
Малые РНК играют ключевую роль в определении функций генов в бактериальных клетках. Обычно они взаимодействуют с белками или с мРНК, несущей инструкции для синтеза белка. Таким образом, sRNAs влияют на различные функции бактерий, включая вирулентность и реакции на среду.
В этой работе ученые исследовали sRNAs, регулирующие мРНК hilD, а именно последовательность в её 3′ нетранслируемой области (3′ UTR) — части мРНК, не участвующей в синтезе белка HilD. У бактерий 3′ UTR обычно имеют длину 50–100 нуклеотидов, но 3′ UTR мРНК hilD оказалась длиной 300 нуклеотидов.
«Отправной точкой моей работы стало наблюдение, что при удалении 3′ UTR экспрессия гена hilD возрастала в 60 раз. Затем мы решили найти sRNAs, которые могут взаимодействовать с этой областью», — говорит Абдулла.
Исследователи установили, что хотя sRNAs Spot 42 и SdsR могут связываться с 3′ UTR, они делают это в разных её регионах.
«Этот результат говорит о том, что вся 3′ UTR важна для регуляции. Мы показали, что sRNAs стабилизируют мРНК hilD и защищают её от деградации», — отмечает Абдулла.
«Такие длинные 3′ UTR плохо изучены. С развитием геномных исследований становится всё яснее, что эти длинные области существуют и важны для регуляции».
На мышиной модели ученые также проверили, влияют ли Spot 42 и SdsR на способность Salmonella вызывать инфекцию. Они провели соревновательные тесты, вводя мышам мутантные бактерии без sRNAs и бактерии с sRNAs, чтобы увидеть, какие штаммы выживут и вызовут заражение.
«Мы обнаружили, что при удалении sRNAs бактерии не могут выжить в хозяине. Также мы показали, что sRNAs помогают SPI-1 вторгаться в клетки хозяина», — сообщает Абдулла.
«Теперь, когда мы знаем, что sRNAs играют важную роль в контроле SPI-1 через регуляцию 3′ UTR hilD, мы хотим расширить исследования в двух направлениях, — говорит профессор микробиологии Кари Вандерпул. — Мы хотим лучше понять, как на молекулярном уровне sRNAs влияют на уровень мРНК hilD, а также как они участвуют в регуляции экспрессии других важных генов SPI-1».
Исследование «Small RNAs activate Salmonella pathogenicity island 1 by modulating mRNA stability through the hilD mRNA 3′ UTR» опубликовано в Journal of Bacteriology.