作者:亚里沙·金·克伦佩勒
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校沃斯基因组生物学研究所 图中显示了野生型菌株在αMG(不可代谢的糖类似物)诱导20分钟前后通过单分子荧光原位杂交标记的SGR(红色)和ptsG mRNA(绿色)
信用:阿努斯图普波德达 细菌采用许多不同的策略来调节基因表达，以应对其环境中波动的、通常是有压力的条件
一种类型的调节涉及被称为小核糖核酸的非编码核糖核酸分子，这种分子存在于生命的所有领域
伊利诺伊大学研究人员领导的一项新研究首次描述了sRNA相互作用对单个细菌细胞的影响
他们的发现发表在《自然通讯》杂志上，该论文被选为编辑的重点文章
细菌sRNAs通常参与调节应激反应，其机制涉及与靶基因的碱基配对相互作用，并增强或抑制其稳定性或由该基因产生的蛋白质的量
Hfq是一种六聚体核糖核酸伴侣蛋白，促进核糖核酸之间的结合，促进sRNA的稳定性
虽然mRNA基因相互作用的动力学已经在体外进行了研究，但在体内对碱基配对相互作用的突变影响仍然是未知的
“我们想了解小核糖核酸和它的一个目标核糖核酸之间的单个碱基对相互作用是如何影响整体调节结果的，从而影响在这些条件下从核糖核酸中产生的蛋白质的数量，”伊利诺伊大学微生物学教授卡利·范德普尔说，他也是卡尔研究所的一名教员
沃斯基因组生物学研究所(IGB)，谁共同领导了这项研究
“我们采用了一种方法，允许我们观察和计数细菌细胞内的单个小核糖核酸和核糖核酸分子，让我们了解分子水平上发生的事情
" 该研究小组与约翰·霍普金斯大学的生物物理学教授和伊利诺伊州的化学教授以及IGB大学的扎依达·卢蒂-舒尔滕合作
研究人员使用数学建模和定量超分辨率成像来检查改变单个碱基对相互作用对调节动力学参数的影响，例如sRNA找到一个基因靶点所需的时间
这项研究的重点是sRNA糖转运蛋白，当糖的转运超过细胞通过新陈代谢所能处理的能力时，这种蛋白就会在细菌细胞中产生
范德普尔小组先前的工作表明，在糖胁迫条件下，SgrS与其主要靶基因ptsG结合，PTSg编码葡萄糖转运机制的一部分。
与Hfq一起，SgrS抑制ptsG的翻译，从而阻止新的葡萄糖转运蛋白的产生，以减缓转运，直到代谢可以赶上
为了确定对ptsG调控重要的SGr关键区域，研究人员使用高通量测序并行分析了数千个突变体，并发现了那些对调控相互作用影响最大的突变体
范德普尔说:“我们发现，单个碱基对的相互作用对调控有一些影响，但它们的影响相对较小。”
“我们看到的更大的影响是当我们看到sRNA的突变破坏了它与Hfq相互作用的能力
如果sRNA不能有效地与伴侣蛋白结合，那么它寻找其基因目标的速度就会慢得多，一旦找到，它就能更快地脱离束缚
" “我们的高通量测序和定量超分辨率成像平台能够测量由于SgrS和ptsG mRNA之间的单碱基对错配而产生的关联和非关联率的适度差异，”博士后研究员和该论文的第一作者Anustup Poddar说
“这些数值比热力学预测的数值小得多，这一事实告诉我们，在碱基配对介导的靶搜索中，关于c形酮蛋白的作用还有很多需要了解的地方
" 即使碱基配对被破坏，只要Hfq存在，仍然可以观察到SGr对ptsG的调节。
该研究清楚地证明了Hfq在促进和稳定SGr和ptsG之间的相互作用中的重要作用。
范德普尔说，这些发现令人惊讶，因为最大的影响被认为来自碱基配对相互作用的破坏
“我从合作者那里学到了一种不同的思维方式，并意识到数学建模是多么重要和强大，”从事这项研究的前研究生穆罕默德·阿扎姆说
范德普尔小组正在与芝加哥大学生物化学和分子生物学教授费景业合作，研究其他SgrS靶标的动力学参数，总体目标是了解调控的层次结构
范德普尔说:“我们有想问的问题，但没有高分辨率的方法来定量地看待这个问题。”
“最好的合作是每个人都带来某种专业知识和不同的方式来看待问题，让结果令人兴奋和有趣
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