RpoB - Википедия - rpoB

Субъединица бета-ДНК-направленной РНК-полимеразы
Идентификаторы
Организмкишечная палочка
СимволrpoB
Entrez948488
PDB3IYD
RefSeq (Prot)NP_418414.1
UniProtP0A8V2
Прочие данные
Номер ЕС2.7.7.6
Хромосомагеномный: 4,18 - 4,19 МБ

В rpoB ген кодирует β субъединицу бактериального РНК-полимераза. rpoB также обнаружен в хлоропластах растений, где он образует бета-субъединицу кодируемой пластидами РНК-полимеразы (PEP). Ингибитор транскрипции в бактериях, тагетитоксин, также ингибирует PEP, показывая, что комплекс, обнаруженный в растениях, очень похож на гомологичный фермент в бактериях.[1] Он кодирует 1342 аминокислоты, что делает его вторым по величине полипептидом в бактериальной клетке.[2] Это место мутаций, которые придают устойчивость к рифамицин антибактериальные средства, такие как рифампицин.[3] Мутации в rpoB которые придают устойчивость к рифамицинам, делают это путем изменения остатков сайта связывания рифамицина на РНК-полимеразе, тем самым снижая аффинность связывания рифамицина с рифамицинами[4][5]

Некоторые бактерии содержат несколько копий 16S рРНК ген, который обычно используется в качестве молекулярного маркера для изучения филогения. В этих случаях rpoB ген может быть использован для изучения микробного разнообразия.[6][7]

Устойчивость к лекарству

У бактерии без соответствующей мутации (ов) в rpoB рифампицин связывается с сайтом рядом с вилкой в ​​субъединице β и не позволяет полимеразе транскрибировать более двух или трех пар оснований любой последовательности РНК и останавливать производство белков в клетке.[8][9] Бактерии с мутациями в соответствующих локусах вдоль rpoB гены устойчивы к этому эффекту.[8][9]

Первоначальные исследования были проведены Джином и Гроссом для получения rpoB мутации в Кишечная палочка что придавало устойчивость к рифампицину. Были идентифицированы три кластера мутаций: кластер I в кодонах 507-533, кластер II в кодонах 563-572 и кластер III в кодоне 687.[2][10] Большинство этих мутаций расположено в области 81 пары оснований (п.н.) в кластере I, получившем название «Определяющая область устойчивости к рифампицину (RRDR)».[9] Эта устойчивость обычно связана с мутацией, при которой одно основание в ДНК заменяется другим, а новая последовательность кодирует аминокислоту с большой боковой цепью, которая препятствует связыванию молекул рифампицина с полимеразой.[9]

Существуют дополнительные мутации, которые могут возникать в β-субъединице полимеразы, которые расположены вдали от сайта связывания рифампицина, что также может приводить к легкой устойчивости.[8] Это может указывать на то, что форма этих областей может влиять на формирование сайта связывания рифампицина.[8]

Зонды нуклеиновой кислоты могут обнаруживать мутации в rpoB которые придают устойчивость к рифампицину. За Микобактерии туберкулеза, наиболее часто встречающиеся мутации, устойчивые к рифамицину, включают кодоны 516, 526 и 531 (условно пронумерованные, как в кишечная палочка rpoB).[11][12] Эти мутации приводят к высокой устойчивости к рифампицину с относительно низкой потерей приспособленности.[8] За Золотистый стафилококк, наиболее часто встречающаяся мутация устойчивости к рифамицину включает кодон 526.[13]

Помимо придания устойчивости к рифампицину, некоторые rpoB мутации выявлены в 70% случаев Ванкомицин промежуточный S. aureus (VISA) штаммы.[8]

Физиологические эффекты мутаций rpoB

Регионы rpoB гены, подверженные мутациям, обычно хорошо сохраняются, что указывает на их важность для жизни.[9] Это делает весьма вероятным то, что мутации в этих областях оказывают некоторое влияние на общую приспособленность организма.[9] Эти физиологические изменения могут включать снижение скорости роста, повышенную чувствительность к повышению или понижению температуры, а также изменения свойств удлинения цепи РНК и терминации транскрипции.[8] Однако такие изменения не универсальны для всех бактерий. Мутация в кодоне 450 из М. туберкулез приводит к незначительной потере приспособленности, а соответствующая мутация в S. aureus приводит к тому, что бактерии едва выживают.[8]

В Neisseria meningitidis rpoB мутации увеличивают экспрессию ферментов, участвующих в метаболизме углеводов, а также ферментов, участвующих в цикл лимонной кислоты и в удлинении транскрипции.[8] В то же время ферменты, участвующие в производстве АТФ, делении клеток и метаболизме липидов, подавляются или экспрессируются на более низком уровне, чем обычно.[8]

В М. туберкулез мутации в гене rpoB могут значительно активировать поликетидсинтаза, что потенциально указывает на повышенное производство фтиоцерина димикоцерозата, липида, продуцируемого М. туберкулез и вовлечены в вирулентность бактерий.[8] Мутации также влияют на связывание, удлинение, терминацию промотора и связанные с транскрипцией процессы репарации в самой РНК-полимеразе.[8] Из-за этого, rpoB мутации использовались для изучения механизмов транскрипции до того, как интерес переключился на их способность придавать устойчивость к антибиотикам.[9] Определенные мутации могут даже привести к появлению штаммов М. туберкулез которые лучше растут в присутствии рифампицина, чем в отсутствие антибиотика.[9]

В бактериях, которые используются для производства природных антибиотиков, таких как эритромицин (Saccharopolyspora erythraea) и ванкомицин (Амиколатопсис восточный) определенный rpoB мутации могут увеличить выработку антибиотика бактериями с этими мутациями.[9]

Рекомендации

  1. ^ Бёрнер Т., Алейникова А.Ю., Зубо Ю.О., Кузнецов В.В. (сентябрь 2015 г.). «РНК-полимеразы хлоропластов: роль в биогенезе хлоропластов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1847 (9): 761–9. Дои:10.1016 / j.bbabio.2015.02.004. PMID  25680513.
  2. ^ а б Goldstein BP (сентябрь 2014 г.). «Устойчивость к рифампицину: обзор». Журнал антибиотиков. 67 (9): 625–30. Дои:10.1038 / ja.2014.107. PMID  25118103.
  3. ^ Floss HG, Yu TW (февраль 2005 г.). «Рифамицин-механизм действия, резистентность и биосинтез». Химические обзоры. 105 (2): 621–32. Дои:10.1021 / cr030112j. PMID  15700959.
  4. ^ Кэмпбелл Е.А., Коржева Н., Мустаев А., Мураками К., Наир С., Гольдфарб А., Дарст С.А. (март 2001 г.). «Структурный механизм ингибирования рифампицином бактериальной РНК-полимеразы». Клетка. 104 (6): 901–12. Дои:10.1016 / S0092-8674 (01) 00286-0. PMID  11290327.
  5. ^ Феклистов А., Меклер В., Цзян К., Вестблейд Л.Ф., Ирчик Х., Янсен Р., Мустаев А., Дарст С.А., Ebright RH (Сентябрь 2008 г.). «Рифамицины не действуют путем аллостерической модуляции связывания Mg2 + с активным центром РНК-полимеразы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (39): 14820–5. Дои:10.1073 / pnas.0802822105. ЧВК  2567451. PMID  18787125.
  6. ^ Дело RJ, Boucher Y, Dahllöf I, Holmström C, Doolittle WF, Kjelleberg S (январь 2007 г.). «Использование генов 16S рРНК и rpoB в качестве молекулярных маркеров для исследований микробной экологии». Прикладная и экологическая микробиология. 73 (1): 278–88. Дои:10.1128 / AEM.01177-06. ЧВК  1797146. PMID  17071787.
  7. ^ Вос М., Айва С., Пейл А.С., де Холландер М., Ковальчук Г.А. (2012). «Сравнение rpoB и 16S рРНК в качестве маркеров при пиросеквенировании исследований бактериального разнообразия». PLOS ONE. 7 (2): e30600. Дои:10.1371 / journal.pone.0030600. ЧВК  3280256. PMID  22355318.
  8. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Алифано П., Палумбо С., Пасаниси Д., Тала А. (май 2015 г.). «Рифампицин-резистентность, полиморфизм rpoB и генная инженерия РНК-полимеразы». Журнал биотехнологии. 202: 60–77. Дои:10.1016 / j.jbiotec.2014.11.024. PMID  25481100.
  9. ^ а б c d е ж грамм час я Кох А., Мизрахи В., Уорнер Д.Ф. (март 2014 г.). «Влияние лекарственной устойчивости на физиологию Mycobacterium tuberculosis: чему мы можем научиться у рифампицина?». Новые микробы и инфекции. 3 (3): e17. Дои:10.1038 / emi.2014.17. ЧВК  3975073. PMID  26038512.
  10. ^ Джин Диджей, Гросс Калифорния (июль 1988 г.). «Картирование и секвенирование мутаций в гене rpoB Escherichia coli, которые приводят к устойчивости к рифампицину». Журнал молекулярной биологии. 202 (1): 45–58. Дои:10.1016/0022-2836(88)90517-7. PMID  3050121.
  11. ^ Мокроусов И., Оттен Т., Вишневский Б., Нарвская О. (июль 2003 г.). «Аллель-специфические ПЦР-анализы rpoB для выявления устойчивых к рифампину Mycobacterium tuberculosis в мазках мокроты». Противомикробные препараты и химиотерапия. 47 (7): 2231–5. Дои:10.1128 / AAC.47.7.2231-2235.2003. ЧВК  161874. PMID  12821473.
  12. ^ Теленти А., Имбоден П., Марчези Ф., Лоури Д., Коул С., Колстон М.Дж., Материя Л., Шопфер К., Бодмер Т. (март 1993 г.). «Выявление мутаций устойчивости к рифампицину у Mycobacterium tuberculosis». Ланцет. 341 (8846): 647–50. Дои:10.1016 / 0140-6736 (93) 90417-Ф. PMID  8095569.
  13. ^ Wichelhaus TA, Schäfer V, Brade V, Böddinghaus B (ноябрь 1999 г.). «Молекулярная характеристика мутаций rpoB, придающих перекрестную устойчивость к рифамицинам метициллин-резистентному золотистому стафилококку». Противомикробные препараты и химиотерапия. 43 (11): 2813–6. Дои:10.1128 / aac.43.11.2813. ЧВК  89569. PMID  10543773.