Системный подход раскрывает роль и характеристики семи факторов транскрипции типа LysR в Escherichia coli.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7274 (2022) Цитировать эту статью

1805 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Хотя штаммы Escherichia coli K-12 представляют собой, пожалуй, наиболее известные модельные бактерии, мы не знаем идентичность или функции всех их транскрипционных факторов (ТФ). Теперь стало возможным систематически обнаруживать физиологическую функцию ТФ в E. coli BW25113, используя набор синергетических методов; включая ChIP-exo, фенотипирование роста, кластеризацию консервативных генов и анализ транскриптома. Среди 47 ТФ типа LysR (LTF), обнаруженных в геноме E. coli K-12, многие регулируют использование источника азота или метаболизм аминокислот. Однако 19 LTF остаются неизвестными. В этом исследовании мы выяснили регуляцию семи из этих 19 LTF: YbdO, YbeF, YcaN, YbhD, YgfI, YiaU, YneJ. Мы показываем, что: (1) Регуляция YbdO (предварительно переименованная в CitR) влияет на рост бактерий при низком pH при добавлении цитрата. CitR является репрессором оперона ybdNM и участвует в регуляции генов цитратлиазы (citCDEFG); (2) YgfI (предварительно переименованный в DhfA) активирует оперон dhaKLM, который кодирует фосфотрансферазную систему, DhfA участвует в утилизации формиата, глицерина и дигидроксиацетона; (3) YiaU (предварительно переименованный в LpsR) регулирует ген yiaT, кодирующий белок внешней мембраны, а оперон waaPSBOJYZU также важен для определения плотности клеток в стационарной фазе и микроаэробной устойчивости к оксациллину; (4) YneJ, переименованный здесь в PtrR, напрямую регулирует экспрессию сукцинат-полуальдегиддегидрогеназы Sad (также известной как YneI) и является предполагаемым регулятором fnrS (малой молекулы РНК). PtrR важен для роста бактерий в присутствии l-глутамата и путресцина в качестве источников азота/энергии; и (5) YbhD и YcaN регулируют соседние y-гены в геноме. Таким образом, мы установили функции четырех LTF и идентифицировали гены-мишени для трех LTF.

Недавно роль неохарактеризованных транскрипционных факторов типа LysR (LTF) была идентифицирована с помощью нескольких подходов, включая анализ транскриптома неохарактеризованных мутантов с делецией TF (yTF) (на основе машинного обучения), кластеризацию генов и обнаружение ДНК-детеретированных мутантов. сайты связывания1. Предсказанные мишени yTF, обозначенные как транспортеры и ферменты, определяют физиологическую роль TF. Сочетание знаний EcoCyc, Fitness Browser и iModulonDB с данными по связыванию ДНК ТФ позволило выдвинуть гипотезы о предполагаемых физиологических функциях yTF в различных условиях роста2. Действительно, например, недавно было обнаружено, что функция одного TF, PunR, заключается в активации punC, переносчика пурина, важного для использования аденозина в качестве источника азота. Недавно новые регуляторы csgD были обнаружены путем промотор-специфического скрининга 198 очищенных ТФ, включая yTF: YbiH, YdcI, YhjC, YiaU, YjgJ и YjiR. Были обнаружены два регулятора csgD: репрессор YiaJ и активатор YhjC (переименованный в RcdB)3. Для предсказания функции CecR(YbiH)4 использовали метод SELEX для обнаружения сайтов связывания ДНК YbiH и чувствительности к антибиотикам для делеционного мутанта yTF.

Данные РНК-секвенирования для мутантов с делецией TF в специфических условиях роста предоставляют информацию о транскрипции, на которую влияет мутация (рис. 1). У Escherichia coli LTF являются регуляторами метаболизма аминокислот (АК), пуринового и дикарбоксилатного обмена, ассимиляции азота (NAC), устойчивости к антибиотикам и вирулентности. Регуляторные белки LTF защищают области длиной 50–60 пар оснований с богатыми ТА регуляторными сайтами связывания и сайтами активации (ABS) и регулируют различные метаболические пути. Известно, что LTF регулируют кластеры консервативных генов, которые примыкают к генам, кодирующим регулятор5, но, кроме того, ауторегуляция LTF является общим свойством. Являясь одним из крупнейших семейств регуляторов HTH-типа, LTF содержат N-концевой ДНК-связывающий домен спираль-поворот-спираль и C-концевой домен, связывающий коиндуктор (рис. S1). Учитывая широкую консервативность LTF, возможно, что они регулируют широкий спектр генов-мишеней с разнообразными физиологическими функциями, используя общие регуляторные функции.