Operooni ybeZYX-lnt skeem, mis on tehtud Escherichia coli K-12 MG1655 genoomi sekveneerimise baasil.[1]

Operon ybeZYX-lnt on Escherichia coli operon, mis on vajalik 3.tüüpi sekretsioonisüsteemi jaoks enterohemorraagilises E.coli`s. Operonis on neli geeni: ybeZ, ybeY, ybeX  ja lnt.[2] Geenid ybeZ, ybeY, ybeX  on ühendatud ühe promootori alla (ybeZp), geenil Int on oma eraldi olev promootor (Intp4). ybeZ geeni pikkus on 1080 bp, ybeY – 468 bp, ja ybeX - 879 bp.[1]

Geen ybeYRedigeeri

Geenil ybeY on võtmeroll ybeZYX-lnt operonis. Geen on väga konserveerunud kujul nii gramnegatiivsetel bakteritel kui ka grampositiivsetel. Geen ybeY on üks 206 geenist, mis kuuluvad minimaalse bakteri genoomi komplektisse.[3] Selle geeni produkt on endoribonukleaasne valk YbeY.[1]

YbeY valgu struktuurRedigeeri

YbeY proteiini ortoloogide järjestuse joondamine näitab tema sarnasust tsing-metallopepteidaasiga.[4] Kuigi hilisema uuringu järgi YbeY sisaldab niklit, mida on tõestatud röntgenfluorestentsanalüüsi abil. Rääkides üldiselt valgu struktuurist, YbeY valgul on tetraeedriline geomeetria, mis koosneb kolmest histidiini jäägidest.[5]

YbeY valgu funktsioonRedigeeri

 
YbeY proteiini sekundaarne struktuur, kus sinine täpp on metalliioon (nikkel), mis on ümbritsetud 3 histidiinijäägiga (His114, His124, His118) ja arginiiniga (Arg59).[6]

YbeY valk on multifunktsionaalne. Tema peamised ülesanded on ribosoomide kvaliteedi kontrollimine ja 16S rRNA protsessimine.

rRNA protsessimine on mitu ensümaatilist protsessi, kus osalevad erinevad nukleaasid. Esimene etapp on rRNA prekursori (pre-rRNA) konverteerimine väiksemateks eellas-rRNA-deks. Need eellas-rRNA lõigatakse parajaks juba teise etapi jooksul, saavutades nendele funktsionaalselt korrektse pikkuse. [7] YbeY osaleb teisel etapil, protsessides 16S rRNA 3'otsa.[8] Kui E.coli genoomist eemaldada ybeY geeni, siis bakteritel ilmuvad fenotüübilised defektid ja ribosoomide funktsiooni vead, sealhulgas on vähenenud ribosoomi aktiivsus, vähenenud translatsiooniline täpsus ja muutunud translatsiooni iniatsiooni faktori sidumine. ybeY deletsiooniga bakterite analüüsimine andis võimaluse järeldada, et geen ybeY on geneetiliselt seotud ka rnc, rnr ja pnp geenidega, mille produktid mängivad olulist rolli nii rRNA küpsetamises kui ka rRNA degradatsioonis. Järelikult, ybeY on seotud mitte ainult 16S rRNA, vaid kaudselt ka 23S ja 5S rRNA küpsetamisega. [9]

Ribosoomide kvaliteedi kontrollimises YbeY valk toimib koos RNaasiga R, ja saab tuvastada 30S ribosoomi subühiku defekte, mis on juba olemas 70S subühiku koostises. On oluline mainida, et tuvastada 50S ribosoomi subühiku defekte ta ei saa. YbeY aktiveerib defektse 70S ribosoomi degradatsiooni rRNA lõikamise kaudu. [10]

 
16S rRNA 3'otsa protsessimine (a) ilma ybeY geenita, aga Era ületootmisega (b) metsiktüpi bakteris.[11]

Lisaks ülaltoodud funktsioonidele YbeY valk on ka kuumašoki valk. Temperatuuri tõstmisel bakteritel ilma ybeY geenita on termotolerants vähem ja kasv on halvem, kui metsikut tüüpi bakteritel. See tähendab, et YbeY valk on tähtis translatsioonis kõrgete temperatuuride juures. [12]

YbeY valgust on palju vastuolulisi andmeid. Näiteks, puhastatud YbeY valk toimib üheahelalise RNA (ssRNA) suhtes erinevates uuringutes erineval viisil. Varasemas töös YbeY lõhestas ssRNAt,[10] aga viimastes tehtud katsetes ta degradeerib ssRNAt,[13] kuigi eksperimentide tingimused olid samad.

ybeY geeni kompensatsioonRedigeeri

GTPaas Era saab osaliselt kompenseerida ybeY geeni deletsiooni E.coli 's, parandades 16S rRNA protsessimist ja 70S ribosoomi kokkupanekut. Kuigi Era üleekspressioon ei päästa ybeY puudusega bakterite tundlikkust erinevate stresside suhtes. Era GTP hüdrolüüsimise võime abil kolm endoribonukleaasi (RNaas II, RNaas R ja RNaas PH) moodustavad spetsiifilise kompleksi. [14]

Temperatuuritundlikku kasvudefekti saab osaliselt täiendada mitmete Nus-tegurite üleekspressiooniga. [15]

Geen ybeZRedigeeri

Geen ybeZ arvatavasti  kodeerib ATPaasi YbeZ, mis on interaktsioonis YbeY metalloproteiiniga.[16] Valk YbeZ on reguleeritud fosfaadiga ja see on PhoH-taoline. YbeZ ekspresseerib fosfataasi aktiivsust ning arvatavasti on RNA helikaas. [17] YbeZ valgu funktsioonid ja täpsed tegevuse mehhanismid on tundmatud.

E.coli PhoH homoloogid esinevad erinevates organismides, kuid veel pole selge, kas tegu on homoloogiaga või pigem analoogiaga. Bacillus subtilis'is ja paljudes teistes grampositiivsetes bakterites paikneb phoH-geen konserveerunud operonis koos diatsüülglütseroolkinaasi geeniga (dgkA), ybeY homoloogi geeniga yqfG ja geeniga, mis kodeerib seitsme transmembraanse retseptori valku hüdrolaasi domeeniga (yqfF). [5]

Geen ybeXRedigeeri

Geen ybeX kodeerib YbeX valku, mida nimetatakse ka CorC valguks (homoloog Salmonella typhimurium`is) , mis sisaldab 2 CBS domeeni. [18] YbeX osaleb koobaltresistentsuse ja magneesiumi homöostaasi loomises. Geen on väga konserveerunud gramnegatiivsetes bakterites, ja esineb peaaegu kõigides genoomides, mis sisaldavad phoH geeni. [19]

Madal Mg+2 tase tsütosoolis soodustab Mg+2 sissetoomist, ja E.coli ribosomaalsete subühikute kiirem kasv saavutatakse YbeX valgu mutatsiooni kaudu. Lisaks sellele, katsetest järeldati, et bakterid reageerivad madalale Mg+2 stressile, vähendades ATP taset, mis omakorda vähendab valgu sünteesi, sellepärast et bakteris väheneb aktiivsete ribosoomide arv.[20]

Geen lntRedigeeri

Geeni lnt produkt on apolipoproteiin N-atsüültransferaas, mis katalüüsib lipoproteiinide küpsemise viimast etappi: rasvhappe ülekandmist fosfolipiididest diatsüülglütserooli prolipoproteiini aminootsa. Apolipoproteiin N-atsüültransferaas lokaliseerub sisemise membraani sees. Sünonüümne nimetus on cutE.[21]

TähtsusRedigeeri

Kuigi selles artiklis käsitletakse soolekepike operoni ybeZYX-lnt, ei tohi unustada tema tähtsust teistes organismides. Selle töö põhimõtete uurimine teistes organismides võib anda terviklikuma pildi operoni üldistest molekulaar mehhanismidest. Kuna valk YbeY määratleb operooni funktsiooni, teda uuritatakse kõige aktiivsemalt.  Näiteks, ybeY geeni uuringud Vibrio cholerae tüvedes on viinud huvitavaid tulemusi: valk YbeY osaleb ka virulentsusega seotud sRNA-de reguleerimises ja selle vähenemine põhjustab vähenenud virulentsust, mille näiteks on vähenenud biokile moodustumine, vähenenud hiire soole kolonisatsioon ja vähenenud kooleratoksiini (CT) tootmine. [22]

ViitedRedigeeri

  1. 1,0 1,1 1,2 Peter D. Karp, Ingrid Keseler, Carol Fulcher, Anamika Kothari, Suzanne Paley, Markus Krummenacker, Dan Weaver, Ian Paulsen, Amanda Mackie, Julio Collado-Vides, Cesar Bonavides-Martinez, Socorro Gama-Castro, Alberto Santos-Zavaleta, Verena Weiss, John L Ingraham, Robert Gunsalus, Robert LaRossa. "Summary of Escherichia coli K-12 substr. MG1655, version 19.5.". 29.11.2019.
  2. McAteer SP, Sy BM, Wong JL, Tollervey D, Gally DL, Tree JJ. Ribosome maturation by the endoribonuclease YbeY stabilizes a type 3 secretion system transcript required for virulence of enterohemorrhagic Escherichia coli. J Biol Chem. 2018; 293(23): 9006-9016. doi:10.1074/jbc.RA117.000300
  3. Gil R, Silva FJ, Peretó J, Moya A. Determination of the Core of a Minimal Bacterial Gene Set. Microbiol Mol Biol Rev. 2004;68(3):518-537. doi:10.1128/MMBR.68.3.518-537.2004
  4. Anantharaman V, Aravind L. Application of comparative genomics in the identification and analysis of novel families of membrane-associated receptors in bacteria. BMC Genomics. 2003;4:34. doi:10.1186/1471-2164-4-34
  5. 5,0 5,1 Zhan C, Fedorov EV, Shi W, et al. The ybeY protein from Escherichia coli is a metalloprotein. Acta Crystallograph Sect F Struct Biol Cryst Commun. 2005;61(Pt 11):959-963. doi:10.1107/S1744309105031131
  6. McAteer SP, Sy BM, Wong JL, Tollervey D, Gally DL, Tree JJ. Ribosome maturation by the endoribonuclease YbeY stabilizes a type 3 secretion system transcript required for virulence of enterohemorrhagic Escherichia coli. J Biol Chem. 2018; 293(23): 9006-9016. doi:10.1074/jbc.RA117.000300
  7. Bram RJ, Young RA, Steitz JA. The ribonuclease III site flanking 23S sequences in the 30S ribosomal precursor RNA of E. coli. Cell. 1980;19(2):393-401. doi:10.1016/0092-8674(80)90513-9
  8. Baumgardt K, Gilet L, Figaro S, Condon C. The essential nature of YqfG, a YbeY homologue required for 3′ maturation of Bacillus subtilis 16S ribosomal RNA is suppressed by deletion of RNase R. Nucleic Acids Res. 2018;46(16):8605-8615. doi:10.1093/nar/gky488
  9. Davies BW, Köhrer C, Jacob AI, et al. Role of Escherichia coli YbeY, a highly conserved protein, in rRNA processing. Mol Microbiol. 2010;78(2):506-518. doi:10.1111/j.1365-2958.2010.07351.x
  10. 10,0 10,1 Jacob AI, Köhrer C, Davies BW, RajBhandary UL, Walker GC. Conserved Bacterial RNase YbeY Plays Key Roles in 70S Ribosome Quality Control and 16S rRNA Maturation. Mol Cell. 2013;49(3):427-438. doi:10.1016/j.molcel.2012.11.025
  11. McAteer SP, Sy BM, Wong JL, Tollervey D, Gally DL, Tree JJ. Ribosome maturation by the endoribonuclease YbeY stabilizes a type 3 secretion system transcript required for virulence of enterohemorrhagic Escherichia coli. J Biol Chem. 2018; 293(23): 9006-9016. doi:10.1074/jbc.RA117.000300
  12. Rasouly A, Schonbrun M, Shenhar Y, Ron EZ. YbeY, a Heat Shock Protein Involved in Translation in Escherichia coli. J Bacteriol. 2009;191(8):2649-2655. doi:10.1128/JB.01663-08
  13. Smith BA, Gupta N, Denny K, Culver GM. Characterization of 16S rRNA Processing with Pre-30S Subunit Assembly Intermediates from E. coli. J Mol Biol. 2018;430(12):1745-1759. doi:10.1016/j.jmb.2018.04.009
  14. Ghosal A, Babu VMP, Walker GC. Elevated Levels of Era GTPase Improve Growth, 16S rRNA Processing, and 70S Ribosome Assembly of Escherichia coli Lacking Highly Conserved Multifunctional YbeY Endoribonuclease. J Bacteriol. 2018;200(17). doi:10.1128/JB.00278-18
  15. Grinwald M, Ron EZ. The Escherichia coli Translation-Associated Heat Shock Protein YbeY Is Involved in rRNA Transcription Antitermination. PLoS ONE. 2013;8(4). doi:10.1371/journal.pone.0062297
  16. Vercruysse M, Köhrer C, Shen Y, et al. Identification of YbeY-Protein Interactions Involved in 16S rRNA Maturation and Stress Regulation in Escherichia coli. mBio. 2016;7(6). doi:10.1128/mBio.01785-16
  17. Kazakov AE, Vassieva O, Gelfand MS, Osterman A, Overbeek R. Bioinformatics classification and functional analysis of PhoH homologs. In Silico Biol. 2003;3(1-2):3-15
  18. Feng N, Qi C, Hou Y-J, Zhang Y, Wang D-C, Li D-F. The C2′- and C3′-endo equilibrium for AMP molecules bound in the cystathionine-beta-synthase domain. Biochem Biophys Res Commun. 2018;497(2):646-651. doi:10.1016/j.bbrc.2018.02.124
  19. "Magnesium and cobalt efflux protein CorC (A0A0G4Q1S2) - protein". 20.10.2019. Vaadatud 20.10.2019.
  20. Pontes MH, Yeom J, Groisman EA. Reducing Ribosome Biosynthesis Promotes Translation during Low Mg2+ Stress. Mol Cell. 2016;64(3):480-492. doi:10.1016/j.molcel.2016.05.008
  21. Gupta SD, Wu HC. Identification and subcellular localization of apolipoprotein N-acyltransferase in Escherichia coli. FEMS Microbiol Lett. 1991;62(1):37-41. doi:10.1016/0378-1097(91)90251-5
  22. Vercruysse M, Köhrer C, Davies BW, et al. The Highly Conserved Bacterial RNase YbeY Is Essential in Vibrio cholerae, Playing a Critical Role in Virulence, Stress Regulation, and RNA Processing. PLOS Pathog. 2014;10(6):e1004175. doi:10.1371/journal.ppat.1004175