rpoS

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遺伝子rpoS（RNAポリメラーゼ、シグマS、katFとも呼ばれる）は、大腸菌の37.8kDタンパク質であるシグマ因子シグマ-38 （σ38、またはRpoS）をコードしています。^{[2]シグマ因子は、}細菌の転写を制御するタンパク質です。シグマ因子は、さまざまな環境条件に応じて活性化されます。rpoSは指数関数的増殖期後期に転写され、RpoSは定常期遺伝子の主な制御因子です。RpoSは一般的なストレス応答の中心的な制御因子であり、遡及的および予防的の両方の方法で機能します。つまり、細胞が環境の課題を生き延びるだけでなく、その後のストレスに備えます（交差防御）。^[3]転写調節因子CsgDはバイオフィルム形成の中心であり、curli構造タンパク質と輸出タンパク質、および間接的にセルロース生成を活性化するジグアニル酸シクラーゼadrAの発現を制御します。^[4] rpoS遺伝子はおそらくガンマプロテオバクテリアに由来します。^[3]

RpoS を制御する調節機構は、遺伝子およびタンパク質組織のさまざまなレベル（転写、翻訳、分解、およびタンパク質活性）に存在します。これらのプロセスは、近紫外線、酸、温度または浸透圧ショック、酸化ストレス、および栄養欠乏などのストレスに反応して発生します。これらの領域では多くの重要な調節実体が特定されていますが、rpoS の転写、翻訳、タンパク質分解または活性をシグナルする正確なメカニズムはほとんど解明されていません。

大腸菌におけるrpoSの転写は、主に染色体rpoSpプロモーターによって制御されています。^[5] rpoSpはrpoS mRNAの転写を促進し、栄養培地で増殖する細胞が定常期に入ると、未知のメカニズムによって誘導されます。 ^[6] 両側のrpoSpは、2つの推定cAMP -CRP（サイクリックAMP-cAMP受容体タンパク質）結合部位であり、rpoS転写を拮抗的に制御しているようです。主要なrpoSプロモーターの上流にある最初の部位の位置は、 lacプロモーターで同様に見られる「古典的な活性化因子」に対応しており、転写に対するその効果が活性化していることを示唆しています（Lange and Hengge-Aronis、1994）。対照的に、2番目のcAMP-CRP部位の位置は阻害作用を示しています。指数関数的増殖期では、crp変異体はrpoSの発現レベルが高く、cAMP-CRP がrpoS転写を阻害することを示唆しています。一方、定常期に入ると、cAMP-CRP はrpoS転写をアップレギュレーションする可能性があります (Hengge-Aronis、2002)。これらの観察結果は、cAMP-CRP 結合部位の一見二重の性質を説明できるかもしれませんが、矛盾するデータを完全に説明するには、cAMP-CRP 部位活性化の期依存的選択の説明が必要です。rpoS 転写のその他の制御制御には、 OmpRを活性化してポリン合成を促進できるヒスチジン センサーキナーゼの BarA、アミノ酸制限、または炭素、窒素、リンの飢餓に応答して転写伸長または安定性を妨げる可能性のあるppGpppなどの小分子のレベルがあります(Gentryら、1993)。^[要出典] rpoS転写 に対する多数の制御にもかかわらず、細胞内のrpoS mRNA レベルは指数関数的増殖期に高いままであり、細胞外刺激の大部分はrpoS転写に大きな影響を与えません。

RpoSの発現のほとんどは翻訳レベルで決定される。^[7] sRNA（小さな非コードRNA）は環境の変化を感知し、rpoS mRNAの翻訳を増加させて、細胞がそれに応じて外部ストレスに適応できるようにする。85ヌクレオチドのsRNA DsrAのプロモーターは、高温（42℃）では抑制されるが、低温（ 25℃）ではrpoSを誘導する（おそらく相補的結合によって）ため、温度感受性転写開始温度制御を含む。^[8] 別のsRNAであるRprAは、 RcsCセンサーキナーゼを介してシグナル伝達される細胞表面ストレスに応答してrpoSの翻訳を刺激する。^[8] 3番目のタイプのsRNAであるOxySは、酸化ショックの主要センサーであるOxyRによって制御される。^{[9] OxySが}rpoS mRNAの翻訳効率 に干渉するメカニズムは不明である。しかし、RNA結合タンパク質Hfqがこの過程に関与している。^{[10] Hfqは}in vitroでrpoS mRNA に結合し、それによってrpoS mRNAの構造を最適な翻訳のために修正する可能性がある。HfqはDsrAとRprAの両方を活性化する。対照的に、LeuOはdsrA発現を抑制することによってrpoS翻訳を阻害し、ヒストン様タンパク質HN-S（およびそのパラログStpA）は未知のメカニズムを介してrpoS翻訳を阻害する。さらに、H-NS、LeuO、Hfq、およびDsrAは、最終的にrpoS翻訳を制御する相互接続された制御ネットワークを形成します。

RpoSの翻訳は大腸菌以外にも他の細菌種でも制御されていることが示されています。例えば、日和見感染性のヒト病原体である緑膿菌では、sRNA ReaLがrpoS mRNAの翻訳を抑制します。^[11]

RpoS タンパク質分解は、シグマ因子の調節の別のレベルを形成します。分解は ClpXP を介して行われます。ClpXP は、ClpP の 7 つのサブユニット リングを囲む、ATP 依存性 ClpX シャペロンの 6 つのサブユニット リング 2 つで構成される樽型プロテアーゼです (Repoilaら、2003 年)。応答調節因子 RssB は、RpoS 分解に重要な σS 特異的認識因子として特定されています。RpoS タンパク質分解を調節することが知られているが、そのメカニズムが完全には解明されていないその他の因子には、RssB と同じオペロンにある RssA、rpoS mRNA の翻訳も調節する H-NS と DnaK、および LrhA があります。アセチルリン酸は、RssB へのリン酸化供与体として作用する可能性があり、RpoS タンパク質分解に影響を及ぼします。

RpoS は、細菌のストレス応答のマスター コントローラーとしての役割と一致して、ストレス耐性、細胞形態、代謝、毒性、溶解など、さまざまな機能カテゴリに分類されるストレス応答遺伝子の発現を制御します。

RpoS 制御下にある多くの遺伝子は、 DNA 損傷、活性酸素種の存在、浸透圧ショックなどの攻撃に対するストレス耐性を付与します。 xthAの産物は、損傷した DNA の脱塩基部位付近の 5' 一リン酸を認識して除去することで DNA 修復に関与するエキソヌクレアーゼです。^[12] 同様に、katGとkatEによってコードされるカタラーゼ HPI と HPII は、有害な過酸化水素分子を水と酸素に変換します。[ ^13] otsBA遺伝子産物トレハロースは浸透圧保護剤として機能し、乾燥耐性に必要です。^[14] 酸化ストレスに関与するその他の RpoS 依存性因子には、グルタチオン還元酵素( gorによってコードされる) とスーパーオキシドディスムターゼ( sodCによってコードされる) があります。^[15]

また、 B. pseudomalleiとの比較プロテオーム解析により、rpoSがこれまで酸化ストレス応答への関与が知られていなかったScoA（SCOTサブユニット）を含む8つの酸化応答性タンパク質を制御することも判明した。この場合の制御効果は、 B. pseudomalleiにおける酸化ストレスに応答したSCOT発現のRpoSによるダウンレギュレーションである。 ^[16]

細胞膜透過性や細胞全般の形態の変化に関わるRpoS依存性遺伝子は、主にosmファミリーの遺伝子に属します。osmBは、細胞凝集に関与している可能性がある外膜リポタンパク質をコードします（Jung et al.、1990）、^[16]一方、osmYはペリプラズムタンパク質をコードします。細胞の大きさや形状を決定するその他のRpoS依存性因子には、細胞分裂のタイミングに関与する形態形成因子bolAやftsQAZオペロンの産物などがあります。 ^[5] 細胞形状、細胞分裂、細胞間相互作用の制御は、細胞増殖を抑制し、ストレス期間中の細胞生存にリソースを割り当てる上で重要であると考えられます。

代謝的に最適な生存条件には、RpoS 依存性のクレブス回路活性の低下と解糖活性の増加が含まれ、必須の細胞プロセスの結果として副産物として生成される活性酸素種が制限されます。 クレブス回路へのピルビン酸の流入は、RpoS 依存性遺伝子poxBの産物によって阻害されます。代謝活動の全体的な減速は、ストレス期間中のエネルギー節約と成長の低下と一致しています。

防御機構として、宿主環境は侵入する病原体に対して敵対的である。そのため、感染は病原細菌にとってストレスの多い出来事となり、毒性遺伝子の制御は病原体による感染のタイミングと時間的に相関している可能性がある。^[17]サルモネラ におけるRpoS依存性毒性遺伝子の発見は、ストレス応答の一般的な調節因子としてのRpoSと一致している。この細菌の毒性プラスミド上に見られるspv遺伝子はRpoSによって制御され、脾臓や肝臓などの深部リンパ組織での増殖に必要である。^[18]

RpoSは細胞溶解の制御にも重要な役割を果たしている。OmpRとともに、溶解を誘導する毒素をコードするエンテロシジン（ecnAB ）遺伝子座をアップレギュレーションする。 ^[19] 対照的に、ssnAはRpoSによって負に制御されるが、溶解を促進する。逆説的に、溶解は特定の状況下では生存プロセスと見なされる。