沙门氏菌病原岛sRNA产生与降解的研究

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最近对细菌sRNA的系统研究已在大肠杆菌等细菌内发现了上百种sRNA,这些sRNA在细菌的生理过程中扮演了重要的调控作用。它们中一类作为反义核酸与mRNA碱基配对产生作用,另一类则与蛋白质结合调控其活性。在研究这些sRNA在细菌生理过程和致病性中功能的同时,进一步深入探讨这些sRNA在细菌内产生受到哪些因素的影响,它们的降解又是如何进行的亦非常重要的,因为sRNA的产生和降解与它们的功能密切相关。  沙门氏菌是人和动物中很普遍的病原体,通过食物传播,其引发的疾病从可自愈的肠炎到有致命危险的伤寒。研究这些编码于沙门氏菌病原岛(SPI)中的sRNA的产生与降解,能够帮助我们进一步深入了解沙门氏菌的致病机理,对公共卫生也具有积极的意义。  在本研究中,通过体外培养基系统(分别在LB液体培养基和MOPS液体培养基中)模拟了沙门氏菌在动物消化道内和宿主细胞内遇到的一系列环境因素,包括渗透压、pH值、氧缺乏、镁离子(Mg2+)、亚铁离子(Fe2+)、磷酸二氢根离子(H2PO4-)和钙离子(Ca2+)。通过实时定量PCR(qRT-PCR)检测了六个关键sRNA(IsrJ、IsrC、IsrF、IsrM、IsrN和IsrP)在这些条件下的表达模式。结果表明,对于IsrJ来说,低渗透压下(NaCl0 M)可诱导IsrJ上调表达,而高渗透压(NaCl0.68M)则下调IsrJ的表达;氧缺乏以及氧胁迫条件(H2O2浓度为5mM)下IsrJ的表达量没有显著变化;不同pH值下IsrJ的表达量也没有显著变化;缺乏Mg2+时IsrJ的表达量有所升高,而随着Mg2+浓度升高IsrJ的表达量逐渐下降;缺乏Fe2+时IsrJ的表达量也升高,而随着Fe2+浓度升高其表达量逐渐下降;不同H2PO4-浓度下IsrJ表达量没有明显变化;不同浓度Ca2+下IsrJ表达量也没有显著变化。对另外五个sRNA表达情况的研究也发现了一系列可能强烈诱导或抑制这些sRNA表达的环境因素。低渗透压下,IsrM表达显著上调(达6.0倍);高渗透压下,IsrF和IsrM表达显著下调(分别为0.14倍和0.11倍)。不同pH下这五个sRNA的表达量均没有显著变化。氧缺乏时,IsrC表达显著上升至8.1倍,而IsrM表达显著下降至0.040倍;氧胁迫时,IsrC表达显著下降至0.14倍。缺乏Mg2+时,IsrP表达下调至0.15倍。缺乏Fe2+时,IsrC表达显著上调至5.7倍,Fe2+浓度为20μM时,IsrC表达也显著上调(达6.9倍)。高浓度H2PO4-下IsrN的表达变化情况非常有意思,HPO42-浓度为2.64mM和5.28mM时,IsrN的表达分别显著下降至0.08倍和0.17倍,而H2PO4-浓度为10.56mM时,IsrN的表达却上升至14倍。缺乏Ca2+时,IsrF、IsrM和IsrN的表达分别显著下降至0.19倍、0.13倍和0.15倍;Ca2+离子浓度为2mM时,IsrP表达上升达22倍,而IsrM表达下降至0.16倍。通过上述研究发现了一些可能诱导或抑制sRNA表达的环境因素,并发现了其中部分sRNA表达与环境因素间可能存在的一些有趣的规律。  在研究sRNA产生的同时,对其降解的研究也是非常重要的,细菌内对sRNA降解作用最显著的是核酸酶和分子伴侣。为了研究核酸酶和分子伴侣对IsrJ稳定性的影响,本文利用lambda-red同源重组酶方法构建了RNaseE、RNaseG、PAPⅠ、PNPase和Hfq的ST14028s敲除突变菌株:rne-、cafA-、pcnB-、pnp-和hfq-。运用Northern印迹杂交检测了不同时间点野生型和这些突变菌株中IsrJ的相对浓度,并计算出了各菌株中IsrJ降解的半衰期。野生型ST14028s菌株中IsrJ降解的半衰期为1.5min,而部分敲除RNaseE的突变菌株rne-、敲除RNaseG的突变菌株cafA-、敲除PAPⅠ的突变菌株pcnB-中IsrJ的半衰期分别为3.7min、3.0min、3.6min,均显著长于野生型中的,说明RNaseE、RNaseG、PAP均可能也对IsrJ稳定性起重要影响。而敲除PNPase的突变菌株pnp-和敲除Hfq的突变菌株hfq-中,IsrJ的半衰期分别为1.8min和1.4min,相对野生型中的半衰期没有显著变化,说明PNPase和Hfq对IsrJ的稳定性均可能没有显著的影响。这些结果说明RNaseE可能是单独与IsrJ作用,而不是与PNPase协同在降解体中对IsrJ降解产生作用;IsrJ的稳定性不依赖于Hfq说明了IsrJ调控的靶可能是蛋白质而不是RNA。
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