구아노신오인산염

Guanosine pentaphosphate
구아노신오인산염
PppGpp.svg
이름
기타 이름
구아노신 펜타인산염(pppGpp), 구아노신 테트라인산염(ppGpp)
식별자
드러그뱅크
펍켐 CID
특성.
C10H17N5O17P4
어금질량 603.16 g·190−1
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.

(p)ppGpp, 구아노신 펜타포스포산 또는 테트라포산염은 박테리아의 엄격한 반응에 관여하는 경보제로, 아미노산이 부족할 때 RNA 합성의 억제를 유발한다.이것은 번역을 감소시키고 따라서 존재하는 아미노산이 보존되도록 한다.게다가, ppGpp는 (주변 매체로부터) 아미노산 흡수와 생합성 유전자 같은 스트레스 반응에 관련된 많은 다른 유전자들의 상향 조절을 유발한다.[1]

디스커버리

ppGpp와 pppGpp는 1960년대에 마이클 카셀에 의해 처음 확인되었다.이들 뉴클레오티드는 아미노산에 굶주린 대장균 세포에 급속히 축적돼 리보솜과 전이 RNA의 합성을 억제하는 것으로 나타났다.[2]현재 (p)ppp는 탄소, 인산염 기아 등 다른 스트레스 요인에 대한 대응으로도 생산되고 있는 것으로 알려져 있다.

(p)pp의 부재

(p)pppGpp의 완전한 부재는 다중의 아미노산 요건, 노령화된 문화의 생존 불량, 탈세포 분열, 형태학, 불변성을 야기할 뿐만 아니라 기아에 들어가는 동안 성장모드에 갇히게 된다.

(p)ppp의 합성 및 분해

(p)ppGpp의 합성 및 분해는 모델 시스템 대장균에서 가장 광범위하게 특징지어졌다. (p)ppGpp는 RelA로도 알려진 pppGpp 싱타제를 통해 생성되며, pppGpp에서 ppGpp 인산수소효소를 통해 ppGpp로 변환된다.RelA는 200 리보솜의 약 1개당 1개당 1개꼴로 연관되어 있으며, tRNA가 요구하는 아미노산이 부족하여 충전되지 않은 전달 RNA(tRNA) 분자가 리보솜의 A 부위로 들어가면 활성화된다.돌연변이 박테리아가 렐A일− 경우 이완이 되고 아미노산 부재로 인한 RNA 생성 조절이 보이지 않는다고 한다.

대장균은 (p)pp, SPOT라고 불리는 분해의 원인이 되는 두 번째 단백질을 생산한다.세포 내 아미노산 균형이 회복되면 (p)ppGpp는 SopT에 의해 가수 분해된다.이 단백질은 또한 (p)ppp를 합성할 수 있는 용량을 가지고 있으며, 특정 스트레스 조건에서는 1차 신스파제인 것 같다.대부분의 다른 박테리아는 (p)ppp의 합성과 열화를 모두 담당하는 단일 단백질을 인코딩하는데, 일반적으로 SupT의 homologies이다.

(p)pp의 대상

(p)ppP의 대상은 rRNA 피연산자를 포함하며, 그 중 대장균(일반적으로 사용되는 박테리아 모델 유기체)에 7개가 있으며, 모두 2개의 촉진제를 가지고 있다.(p)ppGpp가 촉진자와 연관되었을 때, 그것은 RNA 중합효소 효소의 전사를 결합하고 시작하는 능력에 영향을 미친다.(p)ppGpp는 DNA에 RNA 중합효소에 의해 형성되는 오픈 콤플렉스의 안정성에 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 촉진자 간극에 영향을 미칠 수 있다고 생각된다.그것의 존재는 또한 전사 연장에 따른 일시 정지 증가로 이어지고 핵산삼인산 기질과 경쟁한다.

이제 (p)ppp는 뉴클레오사이드 3인산염(NTP) 기질농도가 아닌 성장률 조절의 결정요인이라는 공감대가 형성되고 있다.

(p)pp가 박테리아 생리학에 미치는 영향

단백질 합성 억제에 의한 성장 억제

ppGpp는 아마도 30S와 50S 서브유닛 상호작용을 방해하여 IF2 매개 fMet-Pep 개시 디펩타이드 형성을 억제한다.대장균은 아미노산 기아 때 ppGpp보다 ppGpp가 많이 쌓이고 ppGpp는 ppGpp보다 약 8배 높은 효율을 갖는다.B. 하위조직은 ppGpp보다 더 많은 pppGpp를 축적한다.


DNA 복제 억제

대장균 아미노산 기아는 대부분 DNAA 복제 개시 단백질의 부족 때문에 ORIC의 시작 단계에서 DNA 복제를 억제했다.B. 하위조에서 (p)ppp 축적에 의한 복제 구속은 양방향으로 ORC로부터 약 100~200kb 떨어진 특정 사이트에 Rtp 단백질을 결합하여 발생한다.DNA 프리마아제(DnaG)는 (p)pp에 의해 직접 억제되었다.대장균과는 달리, B. 하위분열은 ppGpp보다 더 많은 pppGpp를 축적한다; 더 풍부한 뉴클레오티드는 더 많은 양의 DNAG 억제제다. ppGpp는 보존되고 작은 GTPase 단백질군에 속하는 Obg 단백질과 결합할 수 있다.Obg 단백질은 시그마 B의 응력 활성화에 필요한 여러 조절기(RsbT, RsbW, RsbX)와 상호작용한다.

페이지 복제 및 개발에 미치는 영향

호스트의 (p)ppm 수준은 주로 전사하는 데 영향을 미치는 페이지 람다 개발을 위한 센서 역할을 하는 것처럼 보인다.적당한 ppGpp 수준은 생체내 pR과 활성 pE, pI, paQ 촉진자를 억제하고 시험관내 리소겐을 선호하는 것처럼 보이는 효과를 갖는다.이와는 대조적으로 (p)pp가 없거나 고농도의 (p)pp는 용해제를 선호한다.겸손한 ppGpp 수준은 낮은 HflB(FtSH)로 이어짐으로써 리소게니를 선호한다.ppGpp가 없거나 높을 경우 HflB 프로테아제 수치가 높아 CII(리소겐 촉진 페이징 단백질)를 낮추고 용해제를 선호한다.

전사에 미치는 영향

영향을 받는 발기인의 특성

(p)pppp에 의해 억제된 프로모터의 주요 요소 중 하나는 TATA-box(-10 box)와 +1 nt(여기서 +1은 전사 시작 사이트) 사이의 영역으로 정의되는 GC가 풍부한 판별기의 존재다.ppGpp에 의해 부정적으로 규제되는 프로모터들은 17-bp 합의와는 대조적으로 16-bp의 링커를 가진다.ppGpp에 의해 활성화된 프로모터들은 AT가 풍부한 판별기와 링커들을 가지고 있는 것처럼 보인다(예를 들어, 그의 프로모터 링커는 18bp이다).

RNAP가 목표임

RNAP가 ppGpp의 대상이었음을 암시하는 유전적 증거는 M+ 돌연변이(긴중한 RNAP 돌연변이라고도 함)가 없는 상태에서도 (p)pp가 부여한 생리 및 전사 규정의 체외 및 체내 흉내를 보인다는 발견에서 나왔다.ppGpp와 RNAP의 교차 연계는 이 개념을 강화했다.ppGpp와 RNAP 사이의 연관성에 대한 구조적 세부사항은 촉매 중심 근처에 있는 RNAP의 2차 채널에 ppGpp를 배치한 코크리스탈의 분석에서 나왔다.

DksA 규제 강화

DksA는 17kDa 단백질로 구조가 GreA, GreB와 비슷해 전사의 길쭉인자가 잘 표현돼 있다.GreA와 GreB는 DNA가 아닌 RNAP에 직접 바인딩하고 RNAP 2차 채널을 통해 N-단자 코일링 핑거 도메인을 삽입하여 행동한다.RNAP의 역추적 RNAV를 분해하는 내적 능력을 유도하기 위해 손가락 영역 끝에 보존된 두 개의 산성 잔류물이 필요하다.DksA 역시 손가락 끝에 두 개의 산성 잔류물을 가지고 있지만 핵분열성 구획 활성을 유도하지는 않는다.대신에 이러한 잔류물은 중합에 중요한 Mg2+ 이온의 상호 조정에 의해 RNAP에 대한 ppGpp 결합을 안정화시키기 위해 제안된다.

전사 억제 및 활성화

ppGpp는 리보솜 발기인으로부터 직접 전사를 억제한다.한 모델은 ppGpp와 DksA가 함께 하며 RNAP에 의해 DNA에 형성되는 개방 복합체의 안정성을 독립적으로 감소시킨다.또 다른 모델은 트래핑 메커니즘이다.이 모델에서 RNAP는 폐쇄된 복합체에서 ppGpp에 의해 갇히고 전사를 시작할 수 없다.따라서, ppGpp는 여러 수준에서 작용하는 것처럼 보이며, 그 작용의 메커니즘은 몇 가지 요인의 복잡한 결과물이며, 본질적인 촉진자 특성은 그것들 중 최소한이 아니다.ppGpp에 의한 전사 활성화는 직간접적일 수 있다.직접 활성화는 RNAP가 ppGpp, DksA 또는 둘 다와 같은 이펙터와 상호작용하여 주어진 촉진자로부터의 전사력을 증가시킬 때 발생한다.이러한 한 발기인 이들에 의한 간접 활성화는 다른 (강력한) 발기인 억제에 의존하여, 전사 개시를 간접적으로 활성화하는 RNAP의 가용성을 증가시킨다.ppGpp가 직접 활성화한 프로모터로는 PargI, PthrABC, PlivJ, PhisG 등이 있다.간접 활성화 촉진자는 S, H, N, E와 같은 시그마 요소에 의존하는 이들을 포함한다.rrn과 같은 강력한 프로모터가 금지되면 이러한 대체 시그마 인자에 대해 더 많은 RNAP를 사용할 수 있다.

병생성 및 (p)ppGpp

(p)ppGpp가 없을 때, 병원성은 연구된 유기체에 따라 다른 이유로 손상된다.relA와 sopT 유전자를 삭제하되 relA만 삭제하지 않고, (p)pp0 상태를 주어 마우스에서 강한 감쇠와 시험관내 비침습성을 초래했다.백신 검사 결과, (p)pp0 변종으로 단일 면역 후 30일 후, 생쥐는 확립된50 LD보다 10배6 높은 용량으로 야생형 살모넬라균으로 도전으로부터 보호되었다.

폴리인산염 축적

(p)ppGpp의 합성을 증가시키면 대장균에 폴리인산염(PolyP) 축적을 유발할 수 있다고 제안되었다.[3]이 경보체는 외부 인산염 PPX와 상호작용할 수 있는데, 이는 PolyP의 가수분해를 억제하여 박테리아에 축적되게 한다.최근 이런 빌드업을 일으키는 것은 (p)pp가 아니라 사실상 DksA라는 사실이 드러났지만 말이다.[4]PhoU 돌연변이(phoU는 Pho Regulon에 속함)가 더 많은 (p)ppP를 합성하는 것이 Phyomonas aeruginosa에서 나타났으며, 이것이 더 많은 폴리인산염을 축적하는 이유 중 하나가 될 것이다.[5]

참조

  1. ^ Srivatsan, A.; Wang, J. D. (2008). "Control of bacterial transcription, translation and replication by (p)ppGpp". Current Opinion in Microbiology. 11 (2): 100–105. doi:10.1016/j.mib.2008.02.001. PMID 18359660.
  2. ^ 카셀 M, 젠트리 DR, 에르난데스 VH, 비넬라 D:엄중한 대응.대장균과 살모넬라에서: 세포와 분자생물학, edn 2.네이드하르트 FC, 커티스 3 R, 잉그라함 JL, 린 ECC, 로우 KB, 마가사닉 B, 레즈니코프 WS, 라일리 M, 셰히터 M, 움바거 HE가 편집했다.ASM 프레스, 1996.
  3. ^ Kuroda, Akio; Murphy, Helen; Cashel, Michael; Kornberg, Arthur (1997-08-22). "Guanosine Tetra- and Pentaphosphate Promote Accumulation of Inorganic Polyphosphate in Escherichia coli". Journal of Biological Chemistry. 272 (34): 21240–21243. doi:10.1074/jbc.272.34.21240. ISSN 0021-9258. PMID 9261133.
  4. ^ Gray, Michael J. (2019-02-11). "Inorganic Polyphosphate Accumulation in Escherichia coli Is Regulated by DksA but Not by (p)ppGpp". Journal of Bacteriology. 201 (9). doi:10.1128/jb.00664-18. ISSN 0021-9193. PMC 6456864. PMID 30745375.
  5. ^ de Almeida, Luiz Gustavo; Ortiz, Julia Helena; Schneider, René P.; Spira, Beny (2015-02-20). "phoUInactivation in Pseudomonas aeruginosa Enhances Accumulation of ppGpp and Polyphosphate". Applied and Environmental Microbiology. 81 (9): 3006–3015. Bibcode:2015ApEnM..81.3006D. doi:10.1128/aem.04168-14. ISSN 0099-2240. PMC 4393453. PMID 25710363.

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