RNA控制细菌：最新研究观察到RNA控制蛋白质合成

为了更好地理解细菌中的RNA是如何产生蛋白质的——并在设计新抗生素时可能瞄准这些过程——研究人员正将注意力转向细菌中这一过程发生的独特方式。密歇根大学的研究人员已经直接观察到以前隐藏在细菌内部的RNA调控机制。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

　　

 

   

图像:核糖体的30S亚基可以动态结合新生mRNA，一旦其结合位点从RNAP中出现。转录因子和翻译起始因子协助…

来源:Surajit Chatterjee

为了更好地理解细菌中的RNA是如何产生蛋白质的，并在设计新抗生素的过程中以这些过程为目标，研究人员正将注意力转向细菌中这一过程发生的独特方式。

在真核细胞中，转录(DNA链中的信息被复制到信使RNA的过程)和翻译(mRNA由核糖体合成蛋白质的过程)是两个连续的步骤。在细菌中，它们是同时发生的:当RNA聚合酶合成RNA时，核糖体进来制造蛋白质。

这种同步性允许所谓的“转录-翻译耦合”，其中第一个核糖体可以立即跟随转录RNA聚合酶并耦合。这是一个新的研究领域，有望为细菌独特的过程带来见解，从而在抗生素设计中具有很大的特异性。

现在，密歇根大学的研究人员已经直接观察到这种结合中先前隐藏的RNA调控机制。这项研究结果由密歇根大学化学系和密歇根大学RNA生物医学中心的博士后苏拉吉特·查特吉和阿德里安·乔维尔共同牵头，发表在《美国国家科学院院刊》上。

新的结果有望对未来抗生素的设计具有重要意义，使其能够靶向偶联机制，而不是单独靶向转录或翻译过程。

”RNA成为一个主要因素在我们的日常生活中,注意SARS-CoV-2病毒基因组和信使核糖核酸疫苗来对抗其复制,我们正处于一个十字路口,RNA和蛋白质之间的相互作用在无处不在的配合物成为一个有吸引力的潜在目标,未来的药物,包括对抗耐药菌株，”化学教授、资深作者尼尔斯·沃尔特说。

特别是，研究人员发现，调节新生mRNA的翻译会影响mRNA本身的下游合成。当翻译停止或延迟时，转录速度就会减慢，以避免只会在细胞内降解的RNA的过量生产。

为了方便地调节翻译效率，研究人员利用了嵌入在炭疽杆菌mRNA起点附近的一种被称为翻译核糖开关的结构化RNA的特征。这种RNA在与特定的小配体结合时改变结构，以减少对环境提示的翻译。

目前的研究表明，核糖开关——通常被认为只影响翻译——实际上可以通过利用它们的偶联来调节翻译和转录。通过使用核糖开关配体来减缓翻译起始，或使用抑制剂来延迟或停止翻译，科学家们观察到对RNA聚合酶速度的影响。

作者扩展了单分子荧光显微镜技术的组合，以监测转录和翻译机制在不同耦合阶段的动态相互作用。他们还开发了一种独特的实时直接观察转录-翻译耦合的策略，检测到小的核糖开关控制着大得多的转录和翻译机制。因此，这项工作超越了之前的基于结构的研究，这些研究只提供了已经耦合的机械的快照。

研究人员说，他们的结果为未来的RNA研究奠定了重要的基础。他们解释说，其他细胞因子如何有助于建立和维持转录-翻译耦合的问题仍然是一个谜，提出的问题仍有待研究。这项工作也可以为其他致病有机体的类似生物过程带来启示。

查特吉说:“看到巨大的转录和翻译机制是如何被微小的信使rna控制的，从而控制细菌的基因表达过程，这是很有趣的。”

Chatterjee和Chauvier是密歇根大学化学系Walter实验室的高级博士后研究员。他们分别对翻译核糖开关和转录核糖开关感兴趣。在这项研究中，他们结合了自己的知识和兴趣的各个方面的耦合。

“对我来说，这与细菌无关，而是与翻译和转录的生物过程有关，”Chauvier说。“基因调控是一个及时协调的过程，同步是细菌适应外部威胁的关键。”

Chatterjee, Chauvier和Walter在研究生Shiba Dandpat和俄亥俄州立大学的Irina Artsimovitch教授的合作下参与了这项研究。

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  原文标题：

A translational riboswitch coordinates nascent transcription-translation coupling, Surajit Chatterjee, Adrien Chauvier, Shiba S. Dandpat, Irina Artsimovitch, and Nils G. Walter, PNAS April 20, 2021 118 (16) e2023426118; https://doi.org/10.1073/pnas.2023426118