RNA 변형 효소는 Enterococcus faecalis의 번역 조절을 위해 활성 산소종을 직접 감지합니다.

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4093(2023) 이 기사 인용

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박테리아는 포유류 면역체계 노출과 환경 스트레스로 인해 발생하는 활성 산소 및 질소종(ROS)을 관리하는 정교한 시스템을 보유하고 있습니다. 여기에서 우리는 장 공생 및 기회 감염 병원체 Enterococcus faecalis에서 스트레스 반응 단백질의 번역을 조절하는 ROS 감지 RNA 수정 효소의 발견을 보고합니다. 우리는 활성산소종(ROS) 또는 준치사량의 ROS 유도 항생제에 반응하여 E. faecalis의 tRNA 상피전사체를 분석하고 23S 리보솜 RNA와 전달 RNA 모두에서 N2-메틸아데노신(m2A)의 큰 감소를 확인합니다. 이는 Fe-S 클러스터를 함유한 메틸트랜스퍼라제인 RlmN의 ROS 매개 불활성화로 인한 것으로 판단됩니다. RlmN의 유전적 녹아웃은 산화 스트레스 반응을 모방하는 프로테옴을 생성하며, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제 수준은 증가하고 독성 단백질은 감소합니다. tRNA 변형은 미세 조정 번역을 위해 역동적으로 확립되었지만 여기서는 동적으로 조절되고 환경적으로 반응하는 rRNA 변형의 발견을 보고합니다. 이러한 연구는 RlmN이 산화환원에 민감한 분자 스위치 역할을 하여 산화 스트레스를 rRNA 및 tRNA 상전사체를 통한 번역 조절에 직접 전달하고 RNA 변형이 프로테옴을 직접 조절할 수 있는 다른 패러다임을 추가하는 모델로 이어집니다.

과산화물(O2−) 및 과산화수소(H2O2)와 같은 활성 산소종(ROS)은 박테리아 진화를 형성하는 데 근본적인 역할을 합니다1. 박테리아는 내인성으로는 호기성 호흡의 부산물, 외인성으로는 산화환원 활성 천연 생성물 및 활성화된 포유류 면역 세포의 호흡/산화 폭발 등 다양한 소스로부터 ROS에 노출됩니다2. 중화되지 않으면 ROS는 DNA, 지질, 탄수화물 및 단백질을 포함한 필수 세포 구성 요소를 손상시킵니다1. 따라서 박테리아는 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD), 카탈라제, 글루타티온, 티오레독신 시스템, 퍼옥시다제, 질산염/아질산염 환원효소와 같은 ROS 방어 시스템을 진화시켰습니다3. 이러한 방어는 종종 OxyR, PerR, OhrR 및 SoxR4,5,6과 같은 ROS 감지 전사 인자에 의해 전사적으로 조절됩니다.

최근 증거는 박테리아 스트레스 반응 시스템의 번역 조절 메커니즘을 지적합니다. 예를 들어, 마이코박테리아의 저산소 스트레스 반응에는 DosR 전사 인자 및 그 레굴론을 포함한 저산소 반응 유전자로부터 코돈 편향된 mRNA의 선택적 번역을 유발하기 위해 tRNA(tRNA 에피전사체)에 있는 수십 개의 변형된 리보뉴클레오시드를 재프로그래밍하는 작업이 포함됩니다7. 다른 형태의 RNA에 대한 변형도 RNA 안정성, 구조, 국소화 및 단백질-RNA 상호 작용을 변경하여 다양한 세포 과정에 참여합니다8.

여기에서 우리는 장 공생 및 기회 감염 병원체 Enterococcus faecalis에서 스트레스 반응 단백질의 번역을 조절하는 ROS 감지 RNA 수정 효소의 발견을 보고합니다. 과산화물 발생기, 메나디온 또는 준치사량의 ROS 유도 에리스로마이신 및 클로람페니콜에 노출된 후, 후성 전사체의 24개 변형 리보뉴클레오사이드를 분석한 결과 23S 리보솜 RNA와 전이 RNA 모두에서 N2-메틸아데노신(m2A)이 크게 감소한 것으로 나타났습니다. Fe-S 클러스터를 함유한 메틸트랜스퍼라제인 RlmN의 ROS 매개 불활성화. RlmN의 손실은 초과산화물 디스뮤타제 증가 및 독성 단백질 감소와 같은 메나디온 노출을 모방하는 방식으로 단백질 발현을 변경했습니다. 이러한 연구는 RlmN이 스트레스 반응 단백질의 번역에 영향을 미치기 위해 리보솜 및 전달 RNA의 후성 전사체 역학에 환경 및 항생제 유발 ROS 노출을 연결하는 산화환원 민감성 분자 스위치 역할을 한다는 것을 시사합니다.

스트레스에 대한 전사 조절은 박테리아에서 잘 확립되어 있지만 번역 조절은 잘 이해되지 않습니다. 마이코박테리아7에서 저산소증 유발 후성사체 재프로그래밍 및 코돈 편향 번역에 대한 우리의 시연은 유사한 메커니즘이 항생제 노출의 스트레스에 대한 Enterococcus faecalis의 반응에도 적용될 수 있다는 가설을 세웠습니다. 여기에서 우리는 두 가지 E. faecalis 계통의 rRNA 및 tRNA의 24개 변형을 정량화했습니다. 인간 공생 경구 분리 균주인 OG19에서 유래한 균주인 OG1RF와 다약제 내성 임상 분리 균주인 V58310입니다. V583은 23 S rRNA의 위치 2058(Escherichia coli 번호 매기기)11에서 아데노신(m6A, m6,6A)의 N6 위치를 메틸화하고 마크로라이드(예: 에리스로마이신), 린코사미드의 결합을 방지하는 에리스로마이신 저항성 메틸트랜스퍼라제(ErmB)를 보유하고 있습니다. 및 스트렙토그라민 B(MLS)11, 그러나 에리스로마이신에는 부분적인 내성만 부여합니다12. OG1RF에는 ErmB가 없기 때문에 V583보다 에리스로마이신에 약 100배 더 민감합니다.