Бактериальная малая РНК способствует колонизации кишечника, регулируя метаболизм сиаловой кислоты
Исследование, опубликованное в PNAS, раскрывает, как бактериальный патоген координирует метаболизм N-ацетилнейраминовой кислоты (Neu5Ac) на посттранскрипционном уровне с помощью новой малой некодирующей РНК, чтобы способствовать инфекции в кишечной среде хозяина.
Сиаловые кислоты — это семейство альфа-кетокислотных сахаров с девятиуглеродным остовом, которые функционируют как терминальные сахара на гликопротеинах клеточной поверхности и как гликановые рецепторы для клеточного распознавания. Одна из наиболее распространенных форм — Neu5Ac, которая служит рецептором для некоторых вирусов (например, гриппа) и источником энергии для энтеропатогенных бактерий, таких как Salmonella enterica (S. enterica).
Метаболизм Neu5Ac производит различные производные аминосахаров, такие как N-ацетилглюкозамин (GluNAc) и N-ацетилманнозамин (ManNAc), которые затем используются в качестве строительных блоков для синтеза важных гликановых макромолекул.
Для использования этих производных аминосахаров у бактерий эволюционировали различные метаболические опероны, кодирующие специфические транспортеры и ферменты. Однако то, как бактерии синергируют эти разные системы во время метаболизма сиаловой кислоты для адаптации к кишечной среде хозяина, оставалось плохо изученным.
В этом исследовании доктор Чао Янцзе из Шанхайского института иммунитета и инфекции Китайской академии наук и доктор Ван Чуань из Университета Фудань, используя сравнительно-геномный подход, идентифицировали уникальный геномный островок в патогенной Salmonella, содержащий пять белков с неизвестной функцией и малую некодирующую РНК.
Они обнаружили, что этот пятигенный островок отвечает за метаболизм Neu5Ac. Также было доказано, что его гены напрямую активируются ManNAc — начальным продуктом распада Neu5Ac. Доказательства включали предсказание структуры AlphaFold, эксперименты с нокаутом генов, анализ экспрессии генов, тесты на транскрипционную активность, а также метаболический и ростовой анализ.
Дальнейший анализ генов, транскрибируемых с геномного островка, показал, что 3'-нетранслируемая область (3'UTR) мРНК подвергается процессингу с образованием ManS — новой малой некодирующей РНК длиной 80 нт.
Важно, что ManS продуцировалась по неканоническому механизму биогенеза: рибонуклеаза RNase III, которая обычно разрезает двуцепочечную РНК, расщепляет одноцепочечный участок в 3'UTR мРНК. Это расщепление привело к образованию sRNA ManS с несколькими изоформами разного размера.
Функциональные исследования показали, что изоформы ManS с одной "seed"-областью напрямую регулируют метаболизм Neu5Ac/ManNAc, репрессируя пермеазу GlcNAc-фосфотрансферазной системы NagE.
В отличие от них, изоформы с двойными "seed"-областями регулируют множественные гены, вовлеченные в центральные и вторичные метаболические пути, особенно связанные с метаболизмом ManNAc. Этот сложный регуляторный механизм значительно влияет на глобальные транскриптомные, протеомные и метаболомные профили in vitro, а также на конкурентную приспособленность S. enterica во время кишечной инфекции in vivo.
Это исследование не только открыло новую sRNA, происходящую из 3'UTR, но и расширило понимание процессинга РНК, опосредованного RNase III. Оно подчеркивает критическую роль ManNAc в адаптации бактерий в среде хозяина, предлагая новые взгляды на молекулярные механизмы, лежащие в основе патогенеза Salmonella.