Specyficzność rozpoznawania małych regulatorowych RNA przez białko opiekuńcze Hfq

Abstract

Bakteryjne sRNA kodowane w trans oddziałują z docelowymi mRNA poprzez białko Hfq. By umożliwić jednoczesne wiązanie mRNA i sRNA Hfq posiada trzy strony wiązania: proksymalną specyficzną do sekwencji oligo(U) obecnych w sRNA, boczną wiązaną przez sekwencje bogate w reszty U/A oraz dystalną, która wiąże regiony bogate w adenozyny obecne zazwyczaj w mRNA. Ten model sugeruje, że wszystkie sRNA są wiązane przez Hfq w ten sam sposób. Jednak znacznie różnią się strukturalnie. W związku z tym dalsza charakterystyka specyficzności rozpoznawania sRNA przez Hfq jest wymagana. W celu oszacowania roli elementów strukturalnych sRNA w wiązaniu do Hfq, przygotowano chimeryczne konstrukty sRNA składające się z motywów strukturalnych pochodzących z różnych sRNA. Wyniki pokazały, że nie tylko oligo(U), ale także elementy obecne na 5' końcu i w centralnej części są rozpoznawane przez Hfq. Wiązanie sRNA do Hfq również zostało porównane. Sześć z siedmiu badanych sRNA jest rozpoznawanych przez stronę proksymalną i boczną. Jednak ChiX wiąże Hfq w unikalny sposób przez oddziaływania ze stroną dystalną. Różnice w wiązaniu sRNA do Hfq wpływają także na ich oddziaływania z anty-sRNA. Dane pokazały również, że anty-sRNA mogą konkurować z sRNA o wiązanie do Hfq.

Bacterial trans-encoded small RNAs interact with target mRNAs via Hfq protein. To enable simultaneous binding of mRNA and sRNA, Hfq contains three binding surfaces: proximal face which is specific for uridine stretches such as poly(U) present in sRNAs, rim site bound by U/A-rich sequences and distal face that binds adenosine-rich sequences present usually in mRNAs. This model suggests that all sRNAs bind Hfq in the same way. However, sRNAs widely differ in structure. Therefore, further characterization of sRNAs binding specificity to Hfq was required. To elucidate the role of structure in binding to Hfq, chimeric sRNAs composed of structural motifs derived from other sRNAs were compared in competition assays. Results showed that not only oligo(U) tail but also structural elements present in 5' terminal and central parts of sRNA can be recognized by Hfq. The binding of sRNAs to different Hfq surfaces was also compared. Six out of seven sRNAs were recognized by proximal and rim surface. However, ChiX sRNA bound Hfq in a unique way using distal and proximal faces of this ring-shaped protein. Differences in sRNAs binding to Hfq also impact the annealing to their regulators – anti-sRNAs, which is differently dependent on Hfq mutations. The data also indicates that anti-sRNAs can compete with sRNAs for binding to Hfq.