Post-transkriptionell kontroll Flashcards
Vad innebär burst of transcription?
- Flera mRNA produceras samtidigt under väldigt kort tid
- Sedan stängs transkriptionen av helt
- Genom att detta sker vid olika tillfällen samt för olika gener i olika celler kan cellerna vara väldigt olika även om de är av samma ‘art’
Vad är attenuering?
struktur/sekvens på mRNA påverkar translationshastigheten, stannar upp ribosomen
Hur fungerar kontroll av aminoacyl tRNA syntetas?
- Aminoacyl tRNA syntetas är en grupp molekyler som laddar specifika aa till tRNA molekyler
- Det är användbart att ha feedback control för aaRS uttryck
- Den generella principen:
○ Om tRNA inte är bundet till aa –> fler aa behövs –> derepress
○ Om tRNA är bundna till aa –> färre aa behövs –> repress - Kontrollen är oftast post-transkriptionell
- Hos gramnegativa bakterier finns många olika mekanismer
- Hos grampositiva bakterier finns en mekanism
e.col(gram-)
- ThRS binder till
○ Thr-tRNA (tRNA med aa och ATP)
○ Leader av thrRS-mRNA (strucural mimic)
- Detta leder till ‘competition’
○ Binder andringen till tRNA eller till mRNA, en form av molecular mimic. Struktur/sekvens mimickry i RNA domäner
○ När thrRS binder till mRNA blir detta oläsligt: ribosomen kan inte binda
- Compeitiont –> feeback loop som reglerar ThrRS output
b.subtilis(gram+)
- Specifika oladdade tRNA reglerar aaRS genom attenuation
- tRNA binder till mRNA med sin triplett och sin CCA ände (binder till T-boxen regionen)
- Refereras ibland som riboswitch
Antitermination structure: readthrough into synthetase gene
Vad är en riboswitch?
En sekvens på mRNA till vilken en ligand kan binda in. När den interaktionen äger rum sker en konformationsförändring som då terminernar eller anti-terminerar uttrycket av genen som finns nedströms.
Vad är en RNA termometer?
Här är signalen temperatur (relevant för virus att veta i vilket värdcell den befinner sig i)
- Kontroll: listeria hos sin värdcell? –> kolla temp, ingen garanti men en bra indikation
Bildar olika struktur beroende på temperatur:
- Styr vad som kan uttryckas
- Det är ej två olika stadier, snarare en fråga om fördelning (90:10, 70:30)
- Genen transkriberas vid både 30 och 37 grader
- Men translateras endast vid 37 grader
- Hos bananfluga, lägre temp
○ Känsligare termometer
○ Strukturen mer instabil,
§ färre interaktioner
§ bryta bindningar, fler A-T vs G-C osv.
Vad är bet hedging?
Fenotypisk variation i en population genereras av epigenetiska mekanismer
Ex. kompetens, persisters, cheating, sporulering, fasvariation, lysis
Generellt: bet hedging är ett fenomen/koncept som applicerar på organismer som utsätts för/upplever dramatiska variationer i sin närmiljö
Det kan vara bra att anpassa sig efter rådande förhållanden, men det är bra om alla inte gör det!
- Att några gör det kan vara nödvändigt
- Koncept: ‘inte lägga alla ägg i samma korg’
- Ex. fåglar lägger 2 stora och 3 små ägg –> kan ej förutsäga framtiden och ungarnas chans att överleva. De genomför sk. Resource allocation
Ex. bet hedging: Sinorhixobium meliloti
- Denna bakterie finns i jorden kring rötter och genomför kvävefixering.
- När denna bakterier flyttar mellan olika värdar måste den förvara energi, majoriteten av denna energi är PHB, poly-3-hydroxybutyrate
- Man ser vid celldelning att fördelningen av PHB är asymmetrisk!
○ Lägger all mat i modercellen, en fet och långsam cell som överlever länge
○ Dottercellen är liten och snabb, kan åka runt och leta mat.
- Detta gör att vissa delar av cellen har en fördel när det är tuffare förhållanden
Vad är RNAIII och vad har det för funktion hos S.Aureus?
RNAIII är ett stabilt 514 nt regulatoriskt RNA transkriberat av P3-promotorn i Staphylococcus aureus quorum-sensing agr-systemet
RNAIII en stor molekyl
- Kan inte vara ett regulatoriskt RNA
- En swiss-army knife
- Posttranskriptionell kontroll, har många troliga motiv
Vid låg cellkoncentration sker tillväxt, och RNAIII har ännu inte kickat in.
Vid hög celldensitet, under stationär fas aktiveras exotoxiner och adhesiner inhiberas.
Vävnad slås sönder –> sprida sig vidare
Motiven hos RNAIII många
- Många olika delar gör olika saker
○ Hld mRNA, SD läsram för hemolysin delta
○ Antisense-activator (unfolding tillåter translation)
○ Antisense-repressor: nedreglering - interaktion med C-rika stem-loopar
- RNAIII koordinerar uttrycket av flera olika mRNA
○ Coagulase
○ SA 1000/SA2353/Protein A/lytM
○ Rot(repressor of toxins)
Hur kan bakterier tävla mha QS?
Staphylococcus strains måste tävla i deras däggdjurs-värd
En mekanism involverar att störa qs-systemen
- Detta fungerar genom att blocka signal transducation av heterolog receptor
Vill att ens egen AIP ska binda och signalera,
Om AIP kan binda annan cells receptor: blockerar –> favoriserar sig själv, blockar någon annan = vinst!!
Hur fungerar QS hos gram- bakterier?
Nästan all QS hos gram+ använder peptider som autoinducers, Hos gram- används homoserin lactones som autoinducers (AI’s). Klassiskt exempel är luminescence hos Vibrio fischeri. Värd: bläckfisk, fisk - Ljus produceras i speciellt ljusorgan
Luxl/LuxR
- LuxR = response regulator (sensor/transkription aktivator)
- Luxl = autoinducer synthetase
- AI-1 = autoinducer/nyckelsignal
Detta system ger upphov till en positiv feedback loop:
- Mer LuxI producerar mer AI-1
- Mer AI-1 aktiverar LuxR
- Aktivt LuxR aktiverar mRNA produktion -> mer Luxl och ljus!!
Det finns ett flertalet biologiska aktiviteter som styrs under QS kontroll
- Viktigt att veta hur många man är!
Vad är sporulering?
Sporulering är en strategi som används vid tuffa förhållanden (av gram+), ofta när det finns för lite mat. Signalen för sporulering är brist på N och C källor,
Ett välstuderat exempel är sporulering för B.subtilis
- Sofistikerad spatial och temporär kontroll
- De flesta stegen kontrolleras av sigma-faktor-kaskad
Sporulering eller inte är ett tufft besult
- När kaskaden väl startats finns det en point of no return
○ De celler som väntar med att sporulera kan fortsätta växa när näring blir tillgängligt igen…. Om maten kommer tillbaka dvs!
○ Att vänta för länge kan leda till död!
- Heterogen respons i populationen är ren taktik/spelteori
○ Få andra att sporulera –> mer mat till mig. Därmed spelar individuella celler spel. Kannibalism kan vara en taktik
○ Vissa celler producerar toxiner, dessa skapar biofilm –> dödar andra celler –> mat för kannibaler –> försenad sporulering
Hur kan bakterier samarbeta?
Kollektiv respons triggad av externa och interna signaler, detta kräver kommunaktion och cell-cell-kontakt!
Exempel på detta: Myxococcus xanthus
- Ju mer den växer –> mindre yta mot volym/innehåll
- Har 10 000 kromosomer, mer DNA , mer genuttryck
- Föder ‘levande’ ungar, påminner om sporulering
Sociala beteenden:
- S typ = social gliding motility, glider tillsammans ett gäng
- A typ = adcenturous gliding motility, ensamma letar ny mat
- Fruiting body development, sporformation –> sporer (ej endospor)
M.Xanthus lever som en biofilm, glider i slem
Tre signaler: A, B, C för att aktivera sporbildning
B: inte helt klar - behövs för att starta sporutveckling
A: cell density signal = set av aminosyror: protease klipper till aa –> signal
C: extracellulär morphogen = leder till aggregering och sporulering
C-signalen är en aktiverad form av CsgA protein
- Genereras genom komplicerad signal transduction pathway
C-signalen kräver cell-cell-kontakt
Låga nivåer av FruA-P –> aggregat, Höga nivåer av Frua-P –> sporulering
Aggregering ökar C-signaleringen (ty ökad cell-cell-kontakt)
Cellerna gör samma sak
- Först aggreggera (samlas) –> bilda kullen?
- Sen bildas sporer
Hur skiljer sig stationär och tillväxtfas?
Fem olika tillväxtfaser:
1) Lag: startar med nytt medium, ställer om, tar tid att anpassa sig
2) Exponentiell tillväxt
3) Stationär fas
4) Drop av faktor 100, death phase, 99%, turn over –> det händer saker. GASP: growth advantage in stationary phase
- Högt selektionstryck
- Ackumulerar mutanter
5) Ännu ett drop, stabil mängd. Helt annan fysiologi, mutanter
Stationära fasen skiljer sig väldigt från den logaritmiska tillväxtfasen, den kräver adaptiva förändringar
Den stationära fasen innefattar många olika förändringar i genuttryck. Detta är en komplex reglering med det finns vissa key factors
Sigma S = stationär fas/stress sigma faktor
Kontrolleras på flera nivåer (transkriptionell, post-transkriptionell, translationell, enzymatisk stabilitet)
Viktig att kunna särskilja på maintanance och profileration
Sigma S reglerar många downstream gener
- ppGpp = alarmone, påverkar global transkription. Som GTP + pyrofosfatgrupp, ppGpp induceras vid svält av aa och kol och kväve
vad är ppGpp?
Celler befinner sig ständigt i en avvägning mellan profilering (snabb tillväxt) och överlevnad. När tillgång till näring begränsas måste celler välja att antingen överleva eller reproducera
Sigma-tävling –> påverkar vilka gener som uttrycks!!
- Behövs för att starta upp
- Lossnar –> core enzym fortsätter själv: bättre bindning
- Sigma försvagar interaktionen, men gör att den blir mer specifik. Sedan tas det bort –> starkare och jobbar vidare
- Kan plocka upp ny sigma när RNAP är klar!
Koncentrationen av ppGpp binder till RNAP och påverkar affiniteten för olika sigmafaktorer –> påverkar vilka gener som uttrycks!
Vad är TA-system?
När tillväxtförhållanden inte är bra kan celler använda sig av TA system. TA system upptäcktes först på plasmid, sedan också i kromosomer
TA = Toxin/Antitoxin system kodade av plasmider eller kromosom
- Antitioxin = instabilt (protein eller RNA)
- Toxin = stabilt protein (attackerar vitala funktioner: helikaser, gyraser, mRNAs osv) Toxinet har intracellulära mål, aktiva i cellen - inte extracellulära och påverka andra bakterier. Antitoxin motverkar toxicitet
- Toxin blockas av antitoxin, eller uttryck blockeras av antitoxin RNA
- När antitoxin bryts ned agerar toxin
Biologisk funktion
- Dödar plasmidfria segreganter
- Tillväxt förhindras vid stress
- Programmerad celldöd, toxin så aktivt att det dödar cellen –> fördel för övriga celler?
- Fag-försvar, altruistisk död?
Kontrovers
- Kraftig hämning av tillväxt eller död?
- När är altruistisk självmord relevant?
- Stokastiska händelser? Populationsstrategi?
Det finns olika typer av TA-system - har olika mekansimer
- Typ1: RNA TA system
toxinet = protein,
antitoxin = antisense RNA
- Typ2: Proteic system
toxin = protein
antitoxin = protein
Hur kan toxiner användas extracellulärt?
Toxiner kan agera utanför sin egen cell, vissa är helt klart involverade i krigsföring mellan andra bakterier
CDI, contact dependent growth inhibition system och RHS, recombination hot spot system
- Båda producerar toxin som levereras på en ‘pinne’ till bakteria med passande receptor
- Båda producerar immun-proteiner –> skyddar mot toxinernas effekt
Resultat: cdi+/rhs+ bakterier kan konkurrera ut grannar
