Neue Rolle kleiner RNAs bei Salmonella-Infektionen aufgedeckt

Salmonellen sind durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger, die jedes Jahr Millionen von Menschen infizieren. Dazu sind diese Bakterien auf ein komplexes Netzwerk von Genen und Genprodukten angewiesen, die es ihnen ermöglichen, Umweltbedingungen wahrzunehmen. In einer neuen Veröffentlichung haben Forscher die Rolle kleiner RNAs untersucht, die Salmonellen helfen, ihre Virulenzgene zu exprimieren.

Die Bakterien infizieren den Menschen, indem sie zunächst mit einer nadelartigen Struktur, einem so genannten Typ-3-Sekretionssystem, in die Darmzellen eindringen. Diese Struktur injiziert Proteine ​​direkt in die Zellen und löst eine Kaskade von Veränderungen aus, die Entzündungen und schließlich Durchfall verursachen. Die Gene, die dieses System codieren, und andere Gene, die für die Invasion benötigt werden, befinden sich in einer DNA-Region, die als Salmonella-Pathogenitätsinsel 1 bekannt ist.

„SPI-1 muss gut kontrolliert werden“, sagte Sabrina Abdulla, Doktorandin im Vanderpool-Labor und Erstautorin der Studie. „Wenn der Nadelapparat des Typ-3-Sekretionssystems nicht hergestellt wird, können Salmonellen keine Infektion verursachen, und wenn zu viel Nadelapparat hergestellt wird, werden Salmonellen krank.“

SPI-1 wird von einem umfangreichen Regulierungsnetzwerk kontrolliert. Erstens kontrollieren drei Transkriptionsfaktoren: HilD, HilC und RtsA, alle ihre eigene DNA-Expression und die der anderen. Sie aktivieren auch einen anderen Transkriptionsfaktor, HilA, der den Rest der SPI-1-Gene aktiviert. Wenn dies nicht kompliziert genug ist, muss SPI-1 auch eine Vielzahl von Umweltzeichen erkennen und die Expression seiner Gene anpassen, um seinen Wirt zu infizieren.

„Wir wissen seit langem, dass es viele Umweltfaktoren gibt, die in die Genregulation von Salmonella einfließen. Wir wussten jedoch nicht, wie. Das war der Zeitpunkt, als die Forscher begannen, sich mit kleinen RNAs zu befassen“, sagte Abdulla.

Kleine RNAs spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung, wie Gene in Bakterienzellen funktionieren. Typischerweise interagieren diese Moleküle entweder mit Proteinen oder mit der mRNA, die die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen trägt. Infolgedessen beeinflussen sRNAs eine Vielzahl bakterieller Funktionen, einschließlich Virulenz und Reaktionen auf die Umwelt.

In diesem Artikel untersuchten die Forscher die sRNAs, die die hilD-mRNA regulieren, insbesondere eine Sequenz auf der mRNA, die als 3′-untranslatierte Region bezeichnet wird, ein Teil der mRNA, der nicht an der Herstellung des HilD-Proteins beteiligt ist. Bei Bakterien sind die 3′-UTRs normalerweise 50–100 Nukleotide lang. Die 3′-UTR der hilD-mRNA war jedoch 300 Nukleotide lang.

„Der Ausgangspunkt meiner Arbeit war die Beobachtung, dass die Expression des hilD-Gens um das 60-fache anstieg, als wir die 3′-UTR entfernten“, sagte Abdulla. „Dann entschieden wir uns, nach sRNAs zu suchen, die möglicherweise mit dieser Region interagieren.“

Die Forscher stellten fest, dass die sRNAs Spot 42 und SdsR zwar beide auf die 3′-UTR abzielen können, dies jedoch in unterschiedlichen Regionen. „Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die gesamte 3′-UTR für die Regulierung wichtig ist“, sagte Abdulla. „Wir haben gezeigt, dass die sRNAs die hilD-mRNA stabilisieren und vor dem Abbau schützen.“

„Solche langen 3-Zoll-UTRs wurden nicht gut untersucht. Mit mehr Genomforschung erkennen die Menschen immer mehr, dass diese längeren Regionen existieren und dass sie für die Regulierung wichtig sind“, sagte Abdulla.

An Mäusen untersuchten die Forscher auch, ob Spot 42 und SdsR beeinflussen können, wie Salmonellen Infektionen verursachen. Sie führten Maus-Konkurrenzassays durch, bei denen sie mutierte Bakterien einführten, denen die sRNAs fehlten, und Bakterien, die die sRNAs enthielten, um zu sehen, welche Stämme überleben und eine Infektion verursachen. „Wir haben festgestellt, dass die Bakterien nicht im Wirt überleben können, wenn die sRNAs gelöscht werden. Wir haben auch gezeigt, dass die sRNAs eine Rolle dabei spielen, SPI-1 beim Eindringen in die Wirtszellen zu helfen“, sagte Abdulla.

„Jetzt, da wir wissen, dass sRNAs eine wichtige Rolle bei der Kontrolle von SPI-1 durch ihre regulatorischen Wirkungen auf die hilD 3‘ UTR spielen, wollen wir unsere Studien in zwei Richtungen erweitern -Ebene beeinflussen die sRNAs die hilD-mRNA-Ebenen. Wir möchten auch besser verstehen, wie sRNAs an der Regulierung der Expression anderer wichtiger SPI-1-Gene beteiligt sind“, sagte Cari Vanderpool (MME/IGOH), Professorin für Mikrobiologie.

Die Studie „Small RNAs activate Salmonella pathogenicity island 1 by modulating mRNA stable through the hilD mRNA 3′ UTR“ wurde in der veröffentlicht Zeitschrift für Bakteriologie.