Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

E. coli'de ısı şoku tepkisinin altında yatan yeni mekanizmanın ortaya çıkarılması

Bu çalışma, IbpA'nın Escherichia coli'de ısı şoku tepkisini düzenlemeye yönelik katkısına ışık tutuyor.

Biyolojik hücreler aşırı yüksek sıcaklıklara maruz kaldıklarında "ısı stresi tepkisi" olarak bilinen bir süreçten geçerler. Isı stresi, küçük ısı şoku proteinleri (sHsps) dahil olmak üzere çeşitli ısı şoku proteinlerini (Hsps) üretmek için bir dizi sinyalleşme mekanizmasını tetikler. Bu "hücresel itfaiyeciler" ısıya duyarlı yapıları korur, proteinlerin topaklanmasını önler ve hasarlı proteinlerin yeniden katlanmasına yardımcı olur.

Yaygın olarak araştırılan bir bakteri türü olan Escherichia coli'de, IbpA adı verilen bir sHsp, ilginç bir ek amaca hizmet eder. IbpA, geleneksel koruyucu rolünün yanı sıra, gereksiz olduğunda kendi sentezini bastıran bir "güvenlik yakalaması" görevi de görür. Basitçe söylemek gerekirse IbpA, haberci RNA'dan proteine ​​çevirilerini etkileyerek sıcaklık işaretlerine yanıt olarak belirli genlerin ifadesini düzenleyebilir.

Bilim adamları yakın zamanda IbpA'nın kendi ifadesini ve paralogunun ( ortak bir atayı paylaşan ve gen kopyalama olaylarından ortaya çıkan bir gen) IbpB ifadesini düzenlediğini bulmuş olsa da, bu proteinin diğer genleri de düzenleyip düzenlemediği hala belirsizdir .

Japonya'daki Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden (Tokyo Tech) Prof. Hideki Taguchi ve Dr. Tsukumi Miwa, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada bu bilgi açığını ele aldılar. İkili, genetiği değiştirilmiş E. coli türleri ile yapılan çeşitli deneyler yoluyla, IbpA'nın ısı şoku tepkisini düzenlediği mekanizmaları araştırdı ve Hsp'nin yeni bir temel fonksiyonunu ortaya çıkardı.

Başlangıçta IbpA'nın aşırı ifadesinin birçok Hsp'nin önemli ölçüde aşağı regülasyonuna yol açtığını buldular. Diğer deneyler, IbpA'nın bu Hsps üzerinde translasyon düzeyinde hiçbir etkisinin olmadığını, yani bu proteinlerin RNA'dan sentezini durdurmadığını gösterdi. Bu durum araştırmacıların, IbpA'nın , çoğu ısı şoku tepkisiyle ilişkili olan yaklaşık yüz genin ifadesini düzenlemekten sorumlu ana ısı şoku transkripsiyon faktörü olan σ32'nin ifadesini etkileyebileceğini varsaymalarına yol açtı .

bpA'nın aşırı eksprese edildiği ve IbpA'nın silindiği mutantları içeren deneyler yoluyla araştırmacılar, IbpA'nın transkripsiyonel seviyeden ziyade translasyon seviyesinde σ 32 ekspresyonunu baskıladığını buldu . Buna göre IbpA'nın normal ve ısı stresi koşullarında nasıl çalıştığını açıklayan yeni bir model önerdiler. Bu modelde sıcaklık aşırı yüksek olmadığında IbpA, σ32 üreten rpoH RNA'nın translasyonunu baskılar . Buna karşılık, σ 32 eksikliği, IbpA dahil olmak üzere Hsps seviyelerini düşük tutar. Bununla birlikte, ısı şoku meydana geldiğinde IbpA, yanlış katlanmış veya kümelenmiş proteinlere bağlanarak rpoH RNA'yı yalnız bırakır. Bu da σ 32 miktarında hızlı bir artışa neden olur ve bu da Hsps üretimini harekete geçirerek oluşan hasarla başa çıkmayı sağlar.ısı stresi .

Ancak bu sonuçlar şu soruyu akla getiriyor: IbpA'nın rpoH translasyonunu baskılamasının fizyolojik önemi nedir? Prof. Taguchi şöyle açıklıyor: "Bir olasılık, çeviri seviyesindeki ifade düzenlemesinin genellikle hızlı olması ve dolayısıyla ısı şoku üzerine anında indüksiyon için çok uygun olmasıdır." "Normal koşullar altında σ 32 seviyelerinin IbpA tarafından sıkı bir şekilde bastırılmasının bir başka avantajı, stres yokluğunda gereksiz olan Hsp ifadesinin baskılanmasıdır."

Genel olarak bu çalışma, bakteri türlerinin zorlu ortamlara nasıl uyum sağladığını açıklamaya yardımcı oluyor. Prof. Taguchi şunları söylüyor: "IbpA'ya odaklanan çalışmamız, daha önce bilinmeyen bu faktörün E. coli'nin ısı şoku tepkisindeki rolüne yeni bir ışık tuttu." Bu bilginin biyomühendislik, endüstriyel, tıbbi ve çevresel uygulamalarda gerekli olduğu kanıtlanabilir.

More information: Tsukumi Miwa et al, Escherichia coli small heat shock protein IbpA plays a role in regulating the heat shock response by controlling the translation of σ 32, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2304841120

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences