沙門氏菌是每年感染數百萬人的食源性病原體。這些細菌的感染依賴于一個復雜的基因網絡和基因產物，使它們能夠感知環境條件。在一篇新的論文中，伊利諾伊大學香檳分校的研究人員研究了小RNA如何幫助沙門氏菌表達其毒力基因。

在感染人類時，沙門氏菌首先會通過一種被稱為III型分泌系統的針狀結構入侵腸道細胞。這種結構將蛋白質直接注入細胞，引發一系列變化，引起炎癥，并最終導致腹瀉。編碼這個系統的基因，以及入侵所需的其他基因，都位于一個名為沙門氏菌致病島1（SPI-1）的DNA區域。

這項研究的第一作者Sabrina Abdulla表示：“SPI-1需要得到很好的控制。如果無法產生III型分泌系統，沙門氏菌就不會引起感染，但如果針狀結構產生得太多，沙門氏菌就會生病。”

因此，SPI-1受到嚴格的調控網絡控制。首先，三個轉錄因子HilD、HilC和RtsA控制著自身和彼此的DNA表達。它們還激活了另一種轉錄因子HilA，后者激活其余的SPI-1基因。如果這還不夠復雜的話，SPI-1還需要感知各種環境線索，并調整其基因表達，以便感染宿主。

“我們很早就知道，有很多環境因素會影響沙門氏菌的基因調控。然而，我們不知道如何影響。從那時起，研究人員就開始關注小RNA，”Abdulla說。

小RNA（sRNA）決定了基因如何在細菌細胞中發揮功能。通常，這些分子要么與蛋白質相互作用，要么與mRNA相互作用。因此，sRNA會影響多種細菌功能，包括毒力和對環境的反應。

在這項研究中，他們深入分析了調控hilD mRNA的sRNA，具體來說是mRNA 3’ 非翻譯區上的一段序列，它不參與HilD蛋白的生產。在細菌中，3' UTR通常包含50-100個核苷酸。然而，hilD mRNA的3' UTR長達300個核苷酸。

“我們觀察到，在刪除3' UTR后，hilD基因的表達增加了60倍，”Abdulla說。“于是，我們決定尋找可能與該區域相互作用的sRNA。”

研究人員發現，盡管Spot 42和SdsR這兩種sRNA都可以靶向3' UTR，但它們的作用區域不同。“這一結果表明，整個3’UTR對于調控都很重要，”Abdulla說。“我們發現sRNA穩定了hilD mRNA并保護其不被降解。”

研究人員還利用小鼠觀察了Spot 42和SdsR是否會影響沙門氏菌的感染。他們開展了小鼠競爭實驗，引入缺乏sRNA的突變細菌和含有sRNA的正常細菌，觀察哪些菌株能存活下來并引起感染。“我們發現，當sRNA被刪除時，細菌無法在宿主中生存。我們還表明，sRNA在幫助SPI-1入侵宿主細胞方面發揮了作用，”Abdulla說。

“現在我們知道sRNA在控制SPI-1方面發揮著重要作用，但我們還想從兩個方向擴展我們的研究。我們想了解在分子水平上，sRNA如何影響hilD的mRNA水平。我們還想更好地了解sRNA如何調控其他重要的SPI-1基因的表達，”通訊作者、微生物學教授Cari Vanderpool說。

原文檢索

Small RNAs Activate Salmonella Pathogenicity Island 1 by Modulating mRNA Stability through the hilD mRNA 3′ Untranslated Region