高度保守的小RNA BpsA-S通过调控σ54转录激活因子在百日咳鲍特菌毒力模式中的多重基因下调机制

这篇研究揭示了百日咳鲍特菌(Bordetella pertussis)毒力模式(Bvg+)中一种高度保守的小RNA(BpsA-S)通过Hfq依赖的转录后调控机制，特异性下调包括σ54转录激活因子(BP2158)在内的91个靶基因。研究发现BpsA-S由RNase E加工产生，其5'端27nt区域在β-变形菌纲中完全保守，通过直接结合靶基因核糖体结合位点附近序列实现调控，为理解病原体毒力调控网络提供了新视角。

　　

Characterization of the B. pertussis sRNA BpsA

研究团队首次系统鉴定了百日咳鲍特菌中的小RNA BpsA。该分子位于BP3151和BP3152基因间区，在毒力模式(Bvg⁺)下表达显著升高。通过5'-RACE和Northern blot分析发现BpsA存在两种形式：190nt的长转录本(BpsA-L)由σ^A-RNA聚合酶从典型启动子转录产生；67nt的短形式(BpsA-S)则通过RNase E介导的加工过程生成。值得注意的是，BpsA-S的5'端27nt区域在β-变形菌纲中呈现100%保守性，暗示其功能的重要性。

BpsA-L is generated by transcription from a σ^A-dependent promoter

转录起始分析显示BpsA-L的转录由σ^A依赖性启动子驱动，该启动子具有典型的-10(TACTAT)和-35(TTGCAT)区。体外转录实验证实，与BvgA~P依赖的P_fhaB启动子不同，P_BpsA的活性不依赖BvgA~P。TEX消化实验进一步验证BpsA-L是转录起始产物，而BpsA-S为加工产物。在ΔbvgAS和Δhfq突变株中，BpsA表达显著降低，表明其表达需要BvgA~P和Hfq。

Processing of the unstable 5'-triphosphated BpsA-L by RNase E generates stable BpsA-S

稳定性实验显示BpsA-L半衰期不足2分钟，而BpsA-S可稳定存在20分钟以上。通过大肠杆菌RNase突变株实验证实，温度敏感型rne^ts菌株在42.5℃时BpsA-S水平显著下降，同时BpsA-L积累，证明RNase E参与加工过程。加工位点5'GU↓UGU3'符合RNase E的理想切割序列特征。此外，BpsA转录本还编码一个32氨基酸的小蛋白，其功能尚待阐明。

Identification of possible B. pertussis genes targeted by BpsA

通过RNA-seq和RT-qPCR分析ΔBpsA菌株，鉴定出91个表达上调的基因，其中70个基因的5'UTR含有与BpsA-S单链区域互补的序列。这些靶基因主要涉及：转运系统(32个)、金属结合蛋白(4个)、苯乙酸代谢途径(paa基因簇)和转录调控因子(3个)。特别值得注意的是，50%的BpsA靶基因在Δhfq菌株中也出现上调，支持Hfq介导的调控机制。

Overexpression of BpsA directly represses BP2158, a predicted σ⁵⁴ transcriptional regulator

研究团队建立了包含B. pertussis Hfq-FLAG的报道系统，证实BpsA-S过表达可使BP2158-lacZ融合蛋白表达降低7.5倍。通过位点定向突变实验发现，破坏BpsA的site 1(5'端)或site 3(第二环区)与BP2158 5'UTR的互补配对会显著减弱抑制作用，而补偿突变可恢复调控。类似地，BpsA-S还直接抑制ABC转运体操纵子(BP2642A-BP2638)和mmsB脱氢酶基因的表达。

Regulation of a σ⁵⁴-RNAP activator by BpsA

BP2158编码σ⁵⁴依赖性转录激活因子，其5'上游区存在典型σ⁵⁴启动子序列，提示可能存在自调控环路。在Bvg⁺模式下，高水平的BpsA-S通过抑制BP2158表达间接调控σ⁵⁴调节子；而在与传播/持久性相关的Bvg^-模式下，BpsA表达受抑制，使σ⁵⁴调节子得以激活。这种调控模式在近缘物种支气管鲍特菌中保守存在，可能影响生物膜形成和定植能力。

该研究不仅揭示了BpsA-S在百日咳鲍特菌毒力调控中的核心作用，其高度保守的特性也为理解β-变形菌纲中类似的基因调控网络提供了重要线索。特别是BpsA-S对σ⁵⁴转录激活因子的调控，为探索病原体在不同生存模式下的适应机制开辟了新途径。