rpoB - rpoB - Wikipedia

DNA řízená podjednotka RNA polymerázy beta
Identifikátory
OrganismusEscherichia coli
SymbolrpoB
Entrez948488
PDB3YYD
RefSeq (Prot)NP_418414.1
UniProtP0A8V2
Další údaje
EC číslo2.7.7.6
Chromozómgenomická: 4,18 - 4,19 Mb

The rpoB gen kóduje β podjednotku bakteriálního RNA polymeráza. rpoB se také nachází v rostlinných chloroplastech, kde tvoří beta podjednotku plastidem kódované RNA polymerázy (PEP). Inhibitor transkripce v bakteriích, tagetitoxin, také inhibuje PEP, což ukazuje, že komplex nalezený v rostlinách je velmi podobný homolognímu enzymu v bakteriích.[1] Kóduje 1342 aminokyselin, což z něj činí druhý největší polypeptid v bakteriální buňce.[2] Je to místo mutací, které propůjčují rezistenci vůči rifamycin antibakteriální látky, jako jsou rifampin.[3] Mutace v rpoB které propůjčují rezistenci na rifamyciny tak, že mění zbytky vazebného místa rifamycinu na RNA polymerázu, čímž snižují vazebnou afinitu rifamycinu k rifamycinu[4][5]

Některé bakterie obsahují více kopií 16S rRNA gen, který se běžně používá jako molekulární marker ke studiu fylogeneze. V těchto případech rpoB gen lze použít ke studiu mikrobiální rozmanitosti.[6][7]

Odolnost vůči lékům

V bakterii bez správné mutace v rpoB rifampicin váže se na místo poblíž vidlice v p podjednotce a brání polymeráze přepsat více než dva nebo tři páry bází jakékoli sekvence RNA a zastavit produkci proteinů v buňce.[8][9] Bakterie s mutacemi ve správných lokusech podél rpoB geny jsou vůči tomuto účinku rezistentní.[8][9]

Počáteční studie provedli Jin a Gross, aby vytvořili rpoB mutace v E-coli což poskytlo rezistenci na rifampicin. Byly identifikovány tři shluky mutací, shluk I v kodonech 507-533, shluk II v kodonech 563-572 a shluk III v kodonu 687.[2][10] Většina z těchto mutací je umístěna v oblasti 81 párů bází (bp) v klastru, který jsem nazval „Oblast určující rezistenci vůči rifampicinu (RRDR)“.[9] Tato rezistence je typicky spojena s mutací, při které je báze v DNA nahrazena jinou a nová sekvence kóduje aminokyselinu s velkým postranním řetězcem, který inhibuje vazbu rifampicinových molekul na polymerázu.[9]

V β podjednotce polymerázy mohou nastat další mutace, které se nacházejí mimo vazebné místo rifampicinu, což může také vést k mírné rezistenci.[8] Potenciálně naznačuje, že tvar těchto oblastí může ovlivnit tvorbu vazebného místa rifampicinu.[8]

Sondy nukleových kyselin mohou detekovat mutace v rpoB které propůjčují rezistenci na rifampicin. Pro Mycobacterium tuberculosis, nejčastěji se vyskytující mutace rezistentní na rifamycin zahrnují kodony 516, 526 a 531 (číslované podle konvence, jako v Escherichia coli rpoB).[11][12] Tyto mutace vedou k vysoké rezistenci na rifampicin s relativně nízkou ztrátou kondice.[8] Pro Zlatý stafylokok, mutace rezistentní na rifamycin, která se nejčastěji vyskytuje, zahrnuje kodon 526.[13]

Kromě šíření rezistence na rifampicin, jisté rpoB mutace byly identifikovány u 70% Vankomycin Meziprodukt S. aureus (VISA) kmeny.[8]

Fyziologické účinky mutací rpoB

Regiony rpoB Gen, který je citlivý na mutace, je obvykle dobře konzervovaný, což naznačuje, že je důležitý pro život.[9] Díky tomu je velmi pravděpodobné, že mutace v těchto oblastech mají určitý vliv na celkovou zdatnost organismu.[9] Tyto fyziologické změny mohou zahrnovat sníženou rychlost růstu, zvýšenou citlivost na zvýšení nebo snížení teploty a změny vlastností prodloužení řetězce RNA a ukončení transkripce.[8] Takové změny však nejsou univerzální u všech bakterií. Mutace v kodonu 450 z M. tuberculosis vede k menší ztrátě kondice, zatímco odpovídající mutace v S. aureus vede k bakteriím stěží schopným přežít.[8]

v Neisseria meningitidis rpoB Bylo pozorováno, že mutace zvyšují expresi enzymů, které se podílejí na metabolizaci sacharidů, a také enzymů podílejících se na cyklus kyseliny citronové a v prodloužení transkripce.[8] Současně jsou všechny enzymy podílející se na produkci ATP, dělení buněk a metabolismu lipidů downregulované nebo exprimované na nižší než normální úrovni.[8]

v M. tuberculosis mutace v genu rpoB mohou významně upregulovat polyketid syntáza, což potenciálně indikuje zvýšenou produkci fthiocerol dimycocerosátu, lipidu produkovaného M. tuberculosis a podílí se na virulenci bakterií.[8] Mutace také ovlivňují proces vázání promotoru, prodloužení, ukončení a procesy opravy spojené s transkripcí v samotné RNA polymeráze.[8] Kvůli tomu, rpoB mutace byly použity ke studiu transkripčních mechanismů, než se zájem přesunul na jejich schopnost udělit rezistenci na antibiotika.[9] Jednotlivé mutace mohou dokonce vyústit v kmeny M. tuberculosis které rostou lépe v přítomnosti rifampicinu než v případě, že antibiotikum není přítomno.[9]

V bakteriích, které se používají k výrobě přirozeně se vyskytujících antibiotik, jako jsou erythromycin (Saccharopolyspora erythraea) a vankomycin (Amycolatopsis orientalis) jisté rpoB mutace mohou zvýšit produkci antibiotika bakteriemi s těmito mutacemi.[9]

Reference

  1. ^ Börner T, Aleynikova AY, Zubo YO, Kusnetsov VV (září 2015). „Chloroplastové RNA polymerázy: role v biogenezi chloroplastů“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bioenergetika. 1847 (9): 761–9. doi:10.1016 / j.bbabio.2015.02.004. PMID  25680513.
  2. ^ A b Goldstein BP (září 2014). „Resistance to rifampicin: a review“. The Journal of Antibiotics. 67 (9): 625–30. doi:10.1038 / ja.2014.107. PMID  25118103.
  3. ^ Floss HG, Yu TW (únor 2005). "Rifamycin - způsob účinku, rezistence a biosyntéza". Chemické recenze. 105 (2): 621–32. doi:10.1021 / cr030112j. PMID  15700959.
  4. ^ Campbell EA, Korzheva N, Mustaev A, Murakami K, Nair S, Goldfarb A, Darst SA (březen 2001). "Strukturální mechanismus pro inhibici rifampicinu bakteriální rna polymerázy". Buňka. 104 (6): 901–12. doi:10.1016 / S0092-8674 (01) 00286-0. PMID  11290327.
  5. ^ Feklistov A, Mekler V, Jiang Q, Westblade LF, Irschik H, Jansen R, Mustaev A, Darst SA, Ebright RH (Září 2008). „Rifamyciny nefungují alosterickou modulací vazby Mg2 + na aktivní centrum RNA polymerázy“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (39): 14820–5. doi:10.1073 / pnas.0802822105. PMC  2567451. PMID  18787125.
  6. ^ Věc RJ, Boucher Y, Dahllöf I, Holmström C, Doolittle WF, Kjelleberg S (leden 2007). „Využití genů 16S rRNA a rpoB jako molekulárních markerů pro studie mikrobiální ekologie“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 73 (1): 278–88. doi:10.1128 / AEM.01177-06. PMC  1797146. PMID  17071787.
  7. ^ Vos M, Quince C, Pijl AS, de Hollander M, Kowalchuk GA (2012). „Srovnání rpoB a 16S rRNA jako markerů v pyrosekvenčních studiích bakteriální rozmanitosti“. PLOS ONE. 7 (2): e30600. doi:10,1371 / journal.pone.0030600. PMC  3280256. PMID  22355318.
  8. ^ A b C d E F G h i j k l Alifano P, Palumbo C, Pasanisi D, Talà A (květen 2015). „Rifampicinová rezistence, rpoB polymorfismus a genetické inženýrství RNA polymerázy“. Journal of Biotechnology. 202: 60–77. doi:10.1016 / j.jbiotec.2014.11.024. PMID  25481100.
  9. ^ A b C d E F G h i Koch A, Mizrahi V, Warner DF (březen 2014). „Dopad rezistence na léky na fyziologii Mycobacterium tuberculosis: co se můžeme naučit od rifampicinu?“. Rozvíjející se mikroby a infekce. 3 (3): e17. doi:10.1038 / emi.2014.17. PMC  3975073. PMID  26038512.
  10. ^ Jin DJ, Gross CA (červenec 1988). "Mapování a sekvenování mutací v genu rpoB Escherichia coli, které vedou k rezistenci na rifampicin". Journal of Molecular Biology. 202 (1): 45–58. doi:10.1016/0022-2836(88)90517-7. PMID  3050121.
  11. ^ Mokrousov I, Otten T, Vyshnevskiy B, Narvskaya O (červenec 2003). „Alelově specifické rpoB PCR testy pro detekci rifampin-rezistentní Mycobacterium tuberculosis v nátěrech sputa“. Antimikrobiální látky a chemoterapie. 47 (7): 2231–5. doi:10.1128 / AAC.47.7.2231-2235.2003. PMC  161874. PMID  12821473.
  12. ^ Telenti A, Imboden P, Marchesi F, Lowrie D, Cole S, Colston MJ, Matter L, Schopfer K, Bodmer T (březen 1993). „Detekce mutací rezistence na rifampicin u Mycobacterium tuberculosis“. Lanceta. 341 (8846): 647–50. doi:10.1016 / 0140-6736 (93) 90417-F. PMID  8095569.
  13. ^ Wichelhaus TA, Schäfer V, Brade V, Böddinghaus B (listopad 1999). „Molekulární charakterizace mutací rpoB, které propůjčují zkříženou rezistenci na rifamyciny Staphylococcus aureus rezistentnímu na meticilin“. Antimikrobiální látky a chemoterapie. 43 (11): 2813–6. doi:10.1128 / aac.43.11.2813. PMC  89569. PMID  10543773.