細菌の小さなRNA

細菌性小RNAは細菌によって生成される小RNAであり、50～500ヌクレオチドの非コードRNA分子であり、高度に構造化されており、複数のステムループを含んでいます。^{[1] [2]}多数のsRNAが、コンピュータ解析とノーザンブロッティング、マイクロアレイ、RNA-Seq ^[3]などの実験室ベースの技術の両方を使用して、大腸菌^{[4] [5] [ 6]}モデル病原体サルモネラ[ ^7]窒素固定アルファプロテオバクテリアシノリゾビウムメリロティ^[8]海洋シアノバクテリア[ ^9]野兎病菌（野兎病の原因物質）^[10]化膿連鎖球菌^[11] 、病原体黄色ブドウ球菌^[12] 、植物病原体キサントモナス・オリゼー・パソバー・オリゼー など、多くの細菌種で同定されています。^[13]細菌のsRNAは、mRNAやタンパク質との相互作用を介して細菌細胞内での遺伝子発現に影響を与え、代謝、毒性、環境ストレスへの反応、構造など細菌のさまざまな機能に影響を及ぼす可能性があります。^{[7] [12]}

1960年代には、sRNAという略語は「可溶性RNA」を指すために使われていましたが、これは現在では転移RNAまたはtRNAとして知られています（この意味で使用されている略語の例については、^{[14]を参照してください）。現在では、細菌のsRNAのほとんどは、2つの既知の遺伝子間の}遺伝子間領域（IGR）に位置する独立した遺伝子によってコードされていることがわかっています。^{[3] [6]}しかし、sRNAのクラスは、独立した転写または核酸分解切断によってmRNAの3'-UTRから派生することが示されている。^[15]

最初の細菌sRNAは1984年に発見され、特徴づけられました。^[16] 大腸菌のMicFは、大腸菌細胞の外膜を構成する重要な構造遺伝子の発現を制御することが分かりました。^[17]その直後、黄色ブドウ球菌のsRNA RNAIIIは、黄色ブドウ球菌の毒性と毒素分泌の全体的な制御因子として機能することが分かりました。 ^{[17]これらの最初の発見以来、主に}RNAシーケンシング実験を通じて、6000を超える細菌sRNAが特定されています。 ^[18]

sRNA転写産物を同定し特徴付けるために、いくつかの実験室技術およびバイオインフォマティクス技術を使用することができる。^[3]

• RNAシーケンシング（RNA-seq）は、sRNAを含むゲノム内のすべての転写産物の発現レベルを解析するために使用されます。^[19]
• マイクロアレイは相補的なDNAプローブを使用して、遺伝子間領域内の可能性のあるsRNA遺伝子座に結合します。^[3]
• ノーザンブロッティングでは、混合RNAサンプルをアガロースゲル上で流し、目的のsRNAをプローブすることで、sRNA転写産物のサイズと発現レベルを明らかにすることができます。^[3]
• ターゲット予測ソフトウェアは、sRNAとmRNAのターゲット配列内の相補性領域を見つけることで、sRNAとmRNAの間の相互作用の可能性を予測することができます。^[20]
• RNase 架橋法は、sRNAとその標的を紫外線で架橋し、通常は相互作用に関与するRNase酵素も架橋することで、sRNAとmRNAの相互作用を実験的に検証することができます。その後、sRNA：mRNAハイブリッドを分離して分析することができます。^[21]

細菌のsRNAには多様な制御機構がある。一般的に、sRNAはタンパク質標的に結合し、結合したタンパク質の機能を変更する。^{[22]あるいは、sRNAは}mRNA標的と相互作用し、相補的なmRNAに結合して翻訳を阻害したり、リボソーム結合部位を露出または阻害したりすることで遺伝子発現を制御する可能性がある。^[22]

mRNAと相互作用するsRNAは、シス作用型とトランス作用型に分類することもできます。シス作用型sRNAは、 sRNAと同じ遺伝子座にコードされている遺伝子と相互作用します。 ^[23]一部のシス作用型sRNAはリボスイッチとして機能し、特定の環境シグナルや代謝シグナルの受容体を持ち、これらのシグナルに基づいて遺伝子を活性化または抑制します。^[17]逆に、トランスコードされたsRNAは別の遺伝子座にある遺伝子と相互作用します。^[1]

sRNAの標的には、数多くのハウスキーピング遺伝子が含まれる。6S RNAはRNAポリメラーゼに結合して転写を制御し、tmRNAは停止したリボソームのリサイクルを含むタンパク質合成に機能し、4.5S RNAはタンパク質の分泌に必要なシグナル認識粒子（SRP）を制御し、 RNase PはtRNAの成熟に関与している。^{[24] [25]}

多くのsRNAはストレス応答の調節に関与している。^[26]これらは寒冷ショック、鉄欠乏、SOS応答の開始、糖ストレスなどのストレス条件下で発現する。^[25]低分子RNA ryfAは、浸透圧ストレスおよび酸化ストレス下で尿路病原性大腸菌のストレス応答に影響を及ぼすことがわかっている。^[27]低分子RNA窒素ストレス誘導RNA 1（NsiR1）は、窒素欠乏条件下でシアノバクテリアによって生成される。 ^{[28]シアノバクテリアのNisR8およびNsiR9 sRNAは、窒素固定細胞（}異質細胞）の分化に関連している可能性がある。 ^[29]

大腸菌の RpoS 遺伝子は、ストレス応答を制御し、細胞適応に関与する多くの遺伝子の転写制御因子として機能するシグマ因子であるシグマ 38 をコードしています。少なくとも 3 つの sRNA、DsrA、RprA、および OxyS が RpoS の翻訳を制御します。DsrA と RprA は両方とも、RpoS mRNAのリーダー配列の領域と塩基対を形成し、リボソームローディング部位を解放するヘアピンの形成を阻害することで、RpoS の翻訳を活性化します。OxyS は RpoS の翻訳を阻害します。DsrA レベルは低温と浸透圧ストレスに反応して増加し、RprA レベルは浸透圧ストレスと細胞表面ストレスに反応して増加するため、これらの条件に反応して RpoS レベルが増加します。OxyS レベルは酸化ストレスに反応して増加するため、これらの条件では RpoS が阻害されます。^{[25] [30] [31]}

グラム陰性細菌の外膜は、毒素が細菌細胞内に侵入するのを防ぐバリアとして機能し、多様な環境で細菌細胞が生存する役割を果たしている。外膜タンパク質（OMP）には、ポリンと接着因子が含まれる。多数のsRNAがOMPの発現を調節する。ポリンOmpCとOmpFは、代謝物と毒素の輸送を担う。OmpCとOmpFの発現は、ストレス条件に反応してsRNA MicCとMicFによって調節される。 ^{[32] [33] [34]}外膜タンパク質OmpAは、外膜をペリプラズム空間のムレイン層に固定する。その発現は、細胞増殖の定常期にダウンレギュレーションされる。大腸菌では、 sRNA MicAがOmpAレベルを枯渇させ、コレラ菌では、 sRNA VrrAがストレスに反応してOmpAの合成を抑制する。^{[32] [35]}

一部の細菌では、sRNAが毒性遺伝子を制御している。サルモネラでは、病原性アイランドにコードされたInvR RNAが主要な外膜タンパク質OmpDの合成を抑制し、 3'-UTR由来の別の共活性化DapZ sRNAがオリゴペプチドの豊富な膜Opp/Dppトランスポーターを抑制し、^[15] SgrS sRNAが分泌エフェクタータンパク質SopDの発現を制御している。^[7]黄色ブドウ球菌では、RNAIIIが毒素や酵素の産生、細胞表面タンパク質に関与する多数の遺伝子を制御している。^[25] FasX sRNAは、 Streptococcus pyogenesの細胞表面関連接着タンパク質と分泌因子の両方を含むいくつかの毒性因子の制御を制御することが知られている唯一のよく特徴付けられた制御RNAである。 ^{[36] [37] [38] [39]}

ビブリオ属細菌では、Qrr sRNAとシャペロンタンパク質Hfqがクオラムセンシングの制御に関与している。Qrr sRNAは、クオラムセンシングマスターレギュレーターLuxRやHapRを含むいくつかのmRNAの発現を制御する。^{[40] [41]}

バイオフィルムは、細菌細胞の複数の層が宿主の表面に付着する細菌の増殖パターンの一種である。この増殖モードは、呼吸器内に持続的なバイオフィルムを形成し、慢性感染症を引き起こす可能性のある緑膿菌^{などの病原性細菌によく見られる。 [42]} P. aeruginosa sRNA SbrAは、完全なバイオフィルム形成と病原性に必要であることが判明した。^[42] SbrAを欠失した変異体P. aeruginosa株は、野生型P. aeruginosaと比較して、 66％小さいバイオフィルムを形成し、線虫モデルへの感染能力はほぼ半分に減少した。^[42]

いくつかの細菌sRNAは、抗生物質耐性を付与する遺伝子の制御に関与している。^[43]例えば、sRNA DsrAは大腸菌の薬剤排出ポンプを制御している。これは細菌細胞から抗生物質を機械的に排出するシステムである。^[43]大腸菌MicFもセファロスポリンに対する抗生物質耐性に寄与しており、これらのクラスの抗生物質の取り込みに関与する膜タンパク質を制御している。^[43]

sRNAの機能を理解するには、まずその標的を記述する必要があります。ここで、標的予測は、sRNAが実際に標的RNAとの直接塩基対形成を介してその機能を発揮することを考えると、推定標的の初期特性評価のための迅速かつ無料の方法です。例としては、CopraRNA、^{[44] [45]} IntaRNA、^{[45] [46] [47]} TargetRNA ^[20]およびRNApredatorがあります。^{[48]腸内細菌sRNAの標的予測は、トランスクリプトーム全体の}Hfq結合マップから恩恵を受けることができることが示されています。^[49]

• BSRD（kwanlab.bio.cuhk.edu.hk/BSRD）は、複数の注釈と発現プロファイルを備えた公開されたsRNA配列のリポジトリです。^[18]
• SRD（srd.genouest.org/）は、配列、予測構造、ゲノムの開始部位と終了部位を含む黄色ブドウ球菌sRNAのデータベースです。 ^[50]
• sRNAdb（http://srnadb.fb11.uni-giessen.de/sRNAdb）は、グラム陽性細菌種のsRNAの配列注釈付きデータベースです。^[51]

• 5プライムureB sRNA
• Aar small RNA 、アシネトバクター属の菌が産生するsRNA
• AfaR 小RNA 、大腸菌によって生成される小RNA 。
• 枯草菌 BSR sRNA
• 大腸菌sRNA
• 結核菌sRNA
• バクテロイデス・テタイオタオミクロンsRNA
• 非コードRNA
• キサントモナス sRNA
• ブルセラ sRNA
• 抗小RNA
• リボスイッチ
• 連鎖球菌sRNA
• MicF、最初に特徴付けられた染色体sRNA
• RNAIII は、毒性に影響を与えることが初めて判明した細菌sRNAである。
• VR-RNA は、 Clostridium perfringensによって生成される小さな RNA です。