Polyamines and indole are small regulatory molecules that are involved in the adaptation to stress in bacteria, including the regulation of gene expression. Genes, the translation of which is under the regulatory effects of polyamines, form the polyamine modulon. Previously, we showed that polyamines upregulated the transcription of genes encoding the ribosome hibernation factors RMF, RaiA, SRA, EttA and RsfS in Escherichia coli. At the same time, indole affected the expression at the transcriptional level of only the raiA and rmf genes. Ribosome hibernation factors reversibly inhibit translation under stress conditions, including exposure to antibiotics, to avoid resource waste and to conserve ribosomes for a quick restoration of their functions when favorable conditions occur. In this work, we have studied the influence of indole on the expression of the raiA and rmf genes at the translational level and regulatory effects of the polyamines putrescine, cadaverine and spermidine on the translation of the rmf, raiA, sra, ettA and rsfS genes. We have analyzed the mRNA primary structures of the studied genes and the predicted mRNA secondary structures obtained by using the RNAfold program for the availability of polyamine modulon features. We have found that all of the studied genes contain specific features typical of the polyamine modulon. Furthermore, to investigate the influence of polyamines and indole on the translation of the studied genes, we have constructed the translational reporter lacZ-fusions by using the pRS552/λRS45 system. According to the results obtained, polyamines upregulated the expression of the rmf, raiA and sra genes, the highest expression of which was observed at the stationary phase, but did not affect the translation of the ettA and rsfS genes, the highest expression of which took place during the exponential phase. The stimulatory effects were polyamine-specific and observed at the stationary phase, when bacteria are under multiple stresses. In addition, the data obtained demonstrated that indole significantly inhibited translation of the raiA and rmf genes, despite the stimulatory effect on their transcrip- tion. This can suggest the activity of a posttranscriptional regulatory mechanism of indole on gene expression.
Полиамины и индол – регуляторные молекулы, которые участвуют в адаптации к стрессу у бактерий, включая регуляцию генной экспрессии. Гены, трансляция которых находится под регуляторным влиянием полиаминов, составляют полиаминовый модулон. Ранее нами показано, что полиамины стимулируют транскрипцию генов, кодирующих факторы гибернации рибосом RMF, RaiA, SRA, EttA, RsfS у Escherichia coli, а эффект индола ограничивался лишь двумя из них – raiA и rmf. Факторы гибернации рибосом обратимо ингибируют трансляцию в условиях стресса с целью экономии клеточных ресурсов, играя ключевую роль в выживании бактерий, в том числе при воздействии антибиотиков. Данная работа посвящена изучению влияния индола на экспрессию генов raiA и rmf на трансляционном уровне, а также регуляторных эффектов полиаминов путресцина, кадаверина и спермидина на трансляцию генов rmf, raiA, sra, ettA, rsfS. Проанализировав первичные структуры мРНК, а также полученные с помощью программы RNAfold модели вторичных структур мРНК, мы установили, что все исследуемые гены имеют специфические признаки полиаминового модулона. Для изучения влияния полиаминов и индола на трансляцию исследуемых генов были сконструированы трансляционные репортерные lacZ-слияния с использованием pRS552/λRS45 системы. Согласно полученным результатам, полиамины стимулируют экспрессию «стационарно-фазных» генов rmf, raiA, sra, но не оказывают влияния на трансляцию генов ettA и rsfS, наибольшая экспрессия которых наблюдается в экспоненциальной фазе роста. Стимулирующий эффект специфичен для различных полиаминов и во всех случаях наблюдается в стационарной фазе, когда клетки подвержены множественному стрессорному воздействию. Кроме того, полученные данные демонстрируют значительный ингибирующий эффект индола на экспрессию raiA и rmf на уровне трансляции, несмотря на его стимулирующее действие на транскрипцию данных генов, что может являться признаком функционирования посттранскрипционного механизма их регуляции.
Keywords: adaptation to stress; gene expression; indole; polyamine modulon; polyamines; reporter gene fusions; ribosome hibernation factors.
Copyright © AUTHORS.