چاپرون ها، مولکول های حیاتی در میکروب¬ها
محورهای موضوعی : ژنتیک مولکولی میکروارگانیسم ها
1 - دانشجوی دکتری،گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم پایه، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامي، شهرکرد، ايران
کلید واژه: چاپرون, فولدینگ, استرس دمایی,
چکیده مقاله :
چاپرون¬های مولکولی پروتئین¬های بسیار حفاظت شده ای هستند که تاخوردگی مناسب سایر پروتئین¬ها را در داخل بدن ترویج می¬کنند. سیستمهای چاپرون متنوع به فولد کردن و انتقالات پروتئین، جمع‌آوری کمپلکسهای الیگومری، و بازیابی از باز شدن ناشی از استرس کمک میکنند. یک عملکرد اساسی چاپرون¬های مولکولی مهار فعل و انفعالات پروتئین غیرمولد با شناسایی و محافظت از سطوح آبگریز است که در هنگام تا شدن یا به دنبال استرس پروتئوتوکسیک در معرض قرار می¬گیرند. بنابراین چاپرون ها در سیستم¬های سلولی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند که در این مقاله مروری در مورد این مولکول¬ها و مکانیسم¬های عمل آن¬ها، بحث شده است. هم¬چنین در مورد تغییرات بیان ژن در شرایط اکسیداتیو در باکتری در راستای تحمل شرایط محیطی بحث خواهد شد.
Molecular chaperones are highly conserved proteins that promote proper folding of other proteins inside the body. Diverse chaperone systems contribute to protein folding and translocation, assembly of oligomeric complexes, and recovery from stress-induced unfolding. A fundamental function of molecular chaperones is to inhibit nonproductive protein interactions by recognizing and protecting hydrophobic surfaces that are exposed during folding or following proteotoxic stress. Therefore, chaperones are of special importance in cellular systems, which are discussed in this review article about these molecules and their mechanisms of action. Also, changes in gene expression in oxidative conditions in bacteria will be discussed in order to tolerate environmental conditions.
1. AlQuraishi MJCs. (2019). End-to-end differentiable learning of protein structure. 8(4):292-301. e3.
2. Bartlett AI, Radford SEJNs, biology m. (1009). An expanding arsenal of experimental methods yields an explosion of insights into protein folding mechanisms. 16(6):582-8.
3. Balchin D, Hayer-Hartl M, Hartl FUJS. (2016). In vivo aspects of protein folding and quality control. 353(6294):aac4354.
4. Liutkute M, Samatova E, Rodnina MVJB. (2020). Cotranslational folding of proteins on the ribosome.10(1):97.
5. Chaudhary R, Atamian HS, Shen Z, Briggs SP, (2014). Kaloshian IJPotNAoS. GroEL from the endosymbiont Buchnera aphidicola betrays the aphid by triggering plant defense. 111(24):8919-24.
6. Henderson B, Allan E, Coates ARJI. (2006).Immunity. Stress wars: the direct role of host and bacterial molecular chaperones in bacterial infection. 74(7):3693-706.
7. Hemmingsen SM, Woolford C, van der Vies SM, Tilly K, Dennis DT. (1988). Georgopoulos CP, et al. Homologous plant and bacterial proteins chaperone oligomeric protein assembly.333(6171):330-4.
8. Kaufman RJTiCB. (2004). A trip to the ER: coping with stress. 2004;14:20-8.
9. Rosenzweig R, Nillegoda NB, Mayer MP, Bukau BJNrmcb. The Hsp70 chaperone network. 2019;20(11):665-80.
10. Luengo TM, Kityk R, Mayer MP, Rüdiger SGJMc. Hsp90 breaks the deadlock of the Hsp70 chaperone system. 2018;70(3):545-52. e9.
11. Balchin D, Hayer‐Hartl M, Hartl FUJFl. (2020). Recent advances in understanding catalysis of protein folding by molecular chaperones. 594(17):2770-81.
12. Hayer-Hartl M, Bracher A. (2016). Hartl FUJTibs. The GroEL–GroES chaperonin machine: a nano-cage for protein folding. 41(1):62-76.
13. Cohen FE, Kelly JWJN.(2003). Therapeutic approaches to protein-misfolding diseases. 426(6968):905-9.
14. Schirmer EC, Glover JR, Singer MA. (1996). Lindquist SJTibs. HSP100/Clp proteins: a common mechanism explains diverse functions. 21(8):289-96.
15. Burrows JA, Willis LK. (2000). Perlmutter DHJPotNAoS. Chemical chaperones mediate increased secretion of mutant α1-antitrypsin (α1-AT) Z: a potential pharmacological strategy for prevention of liver injury and emphysema in α1-AT deficiency. 97(4):1796-801.
16. Yoshida H, Yoshizawa T, Shibasaki F. (2002). Kanazawa IJNod. Chemical chaperones reduce aggregate formation and cell death caused by the truncated Machado–Joseph disease gene product with an expanded polyglutamine stretch. 10(2):88-99.
17. Roncarati D, Scarlato VJFmr (2017). Regulation of heat-shock genes in bacteria: from signal sensing to gene expression output. 41(4):549-74.
18. Slamti L, Livny J, Waldor MKJJob. (2007). Global gene expression and phenotypic analysis of a Vibrio cholerae rpoH deletion mutant.189(2):351-62.
19. Kojima K, Nakamoto HJFl. (2007). A novel light-and heat-responsive regulation of the groE transcription in the absence of HrcA or CIRCE in cyanobacteria.581(9):1871-80.
20. Shapiro RS, Cowen LEJM.(2012). Thermal control of microbial development and virulence: molecular mechanisms of microbial temperature sensing. 3(5):10.1128/mbio. 00238-12.
21. Kortmann J, Narberhaus FJNrm. (2012). Bacterial RNA thermometers: molecular zippers and switches. 10(4): 255-65.
22. Waldminghaus T, Gaubig LC, Klinkert B, Narberhaus FJRb. (2009).The Escherichia coli ibpA thermometer is comprised of stable and unstable structural elements.6(4):455-63.
23. Dorman CJ, Corcoran CPJNAR. (2009). Bacterial DNA topology and infectious disease. 37(3):672-8.
24. Colonna B, Casalino M, Fradiani PA, Zagaglia C, Naitza S, Leoni L, et al.(1995). H-NS regulation of virulence gene expression in enteroinvasive Escherichia coli harboring the virulence plasmid integrated into the host chromosome. 177(16):4703-12.
25. Duong N, Osborne S, Bustamante VH, Tomljenovic AM, Puente JL, Coombes BKJJoBC. (2007). Thermosensing coordinates a cis-regulatory module for transcriptional activation of the intracellular virulence system in Salmonella enterica serovar Typhimurium. 282(47):34077-84.
26. Elsholz AK, Michalik S, Zühlke D, Hecker M. (2010). Gerth UJTEJ. CtsR, the Gram‐positive master regulator of protein quality control, feels the heat. 29(21):3621-9.
27. Servant P, Grandvalet C, Mazodier PJPotNAoS. (2000). The RheA repressor is the thermosensor of the HSP18 heat shock response in Streptomyces albus. 2000;97(7):3538-43.
28. Zheng M, Wang X, Templeton LJ, Smulski DR, LaRossa RA, Storz GJJob. DNA microarray-mediated transcriptional profiling of the Escherichia coli response to hydrogen peroxide. 2001;183(15):4562-70.
29. Bachmann BJJEc, cellular St, biology m. Derivations and genotypes of some mutant derivatives of Escherichia coli K‐12. 1996:2460.
30. Nachin L, El Hassouni M, Loiseau L, Expert D, Barras FJMm. SoxR‐dependent response to oxidative stress and virulence of Erwinia chrysanthemi: the key role of SufC, an orphan ABC ATPase. 2001;39(4):960-72.
31. Patzer SI, Hantke KJJob. SufS is a NifS-like protein, and SufD is necessary for stability of the [2Fe-2S] FhuF protein in Escherichia coli. 1999;181(10):3307-9.
32. Zheng M, Wang X, Doan B, Lewis KA, Schneider TD, Storz GJJob. Computation-directed identification of OxyR DNA binding sites in Escherichia coli. 2001;183(15):4571-9.
33. Nunoshiba T, Hidalgo E, Amabile Cuevas C, Demple BJJob. Two-stage control of an oxidative stress regulon: the Escherichia coli SoxR protein triggers redox-inducible expression of the soxS regulatory gene. 1992;174(19):6054-60.
34. Kambampati R, Lauhon CTJB. IscS is a sulfurtransferase for the in vitro biosynthesis of 4-thiouridine in Escherichia coli tRNA. 1999;38(50):16561-8.
35. Maki Y, Yoshida H, Wada AJGtc. Two proteins, YfiA and YhbH, associated with resting ribosomes in stationary phase Escherichia coli. 2000;5(12):965-74.
چاپرون ها، مولکول های حیاتی در میکروبها
کیمیا گلستانفر*1
1. دانشجوی دکتری،گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم پایه، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامي، شهرکرد، ايران.
نویسنده مسئول: Golestanfark@gmail.com
چکیده
چاپرونهای مولکولی پروتئینهای بسیار حفاظت شده ای هستند که تاخوردگی مناسب سایر پروتئینها را در داخل بدن ترویج میکنند. سیستمهای چاپرون متنوع به فولد کردن و انتقالات پروتئین، جمع‌آوری کمپلکسهای الیگومری، و بازیابی از باز شدن ناشی از استرس کمک میکنند. یک عملکرد اساسی چاپرونهای مولکولی مهار فعل و انفعالات پروتئین غیرمولد با شناسایی و محافظت از سطوح آبگریز است که در هنگام تا شدن یا به دنبال استرس پروتئوتوکسیک در معرض قرار میگیرند. بنابراین چاپرون ها در سیستمهای سلولی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند که در این مقاله مروری در مورد این مولکولها و مکانیسمهای عمل آنها، بحث شده است. همچنین در مورد تغییرات بیان ژن در شرایط اکسیداتیو در باکتری در راستای تحمل شرایط محیطی بحث خواهد شد.
واژه های کلیدی: چاپرون، اکسیداتیو، فولدینگ، استرس دمایی
مقدمه
باکتریها و موجودات مختلف در شرایط حاد محیطی مختلفی قرار میگیرند. موجودات برای مقابله با این شرایط محیطی مکانیسمهای مختلفی دارند تا به زنده ماندن آنها کمک کند. در این مقاله ابتدا به چاپرونها که از پروتئینهای ضروری برای مقابله با شرایط حاد محیطی در موجودات مختلف هستند اشاره خواهد شد. در قسمت دوم تغییرات بیان ژن در شرایط اکسیداتیو در باکتری بررسی خواهد شد.
چاپرونها
فولدینگ پروتئینها
چندین عامل منجر به پیچیده شدن فرآیند فولدینگ پروتئینها میشوند. مسیر انرژی آزاد فولدینگ ناهموار است: زنجیره های پروتئینی باید از موانع انرژی قابل توجهی در مسیر رسیدن به حالت اصلی عبور کنند و در نتیجه حداواسط های فولدینگ در این مسیر به وجود می آید (شکل 1). واسطه‌های فولد ناصحیح خارج از مسیر اصلی فولدینگ منجر به آهسته شدن فرایند میشوند. از طرفی در این مسیر برهمکنشهای غیر طبیعی می‌توانند منجر به حالت‌های فولدینگ نادرست و پایدار شود (1). علاوه بر این، واسطه‌های فولدینگ سطوح آبگریز را در معرض محیط قرار میدهند که می‌توانند در تعاملات غیر عملکردی بین مولکولی موثر بوده و منجر به تجمع پروتئینهای فولد نشده گردد (شکل 1). مطالعات بیوفیزیکی فولدینگ پروتئین معمولاً بر روی پروتئینهای مدل کوچک (اغلب کمتر از 100 اسید آمینه) تمرکز میکنند که به صورت نوترکیب بیان میشوند و فولدینگ برگشت‌پذیر قوی را در شرایط آزمایشگاهی نشان میدهند (2).
شکل 1- فرایند فولدینگ طبیعی پروتئینها (3).
مشکل فولدینگ پروتئینها در شرایط آزمایشگاهی پیچیده تر میشود. غلظت بالای ماکرومولکول‌ها در سلول، تمایل پروتئینهای غیربومی به تجمع را افزایش میدهد، در حالی که استرس پروتئوتوکسیک حالت طبیعی را بی‌ثبات میکند. علاوه بر این، تاخوردگی پروتئین در هنگام ترجمه اتفاق می افتد، که در نتیجه آن پلی پپتیدهای تازه سنتز شده در یک حالت ناقص از نظر فولد صحیح در معرض محیط سلولی قرار میگیرند که فاقد اطلاعات ساختاری مورد نیاز برای فولدینگ طبیعی پروتئین است. چاپرون های مولکولی در پاسخ به این چالش ها تکامل یافته اند (4).
چاپرونها
از سال 1962، زمانی که فروچیو ریتوسا الگوهای پف‌کردن جدیدی را در کروموزوم‌های پلی‌تن مگس سرکه در دمای بالا انکوبه شده بود، کشف کرد، که استرس در سطح سلولی با تولید محصولات ژنی خاص پاسخ داده میشود. این محصولات پروتئینهای شوک حرارتی (Hsps) یا پروتئینهای استرس سلولی نامیده شدند و در ابتدا به عنوان مولکول‌هایی شناسایی شدند که در پاسخ به حضور پروتئین‌هایی که ساختار فضایی خود را از دست اده اند، در سلول تولید میشوند (5). با این حال، تا زمانی که کار پیشگامانه گروه‌های لاسکی، الیس و جورجوپولوس1، رابطه بین تولید درشت مولکول‌هایی که به درستی مونتاژ شده‌اند و پروتئین‌هایی که برای اطمینان از مونتاژ صحیح عمل میکنند، برقرار نشد. محققان پروتئین هسته ای نوکلئوپلاسمین را مورد مطالعه قرار دادند که مونتاژ صحیح هیستونها و DNA را در نوکلئوزوم ها تضمین می کند. لاسکی نوکلئوپلاسمین را یک همراه مولکولی می‌نامد، زیرا عملکرد یک همراه انسان را تقلید میکند که تعامل صحیح بین افراد را تضمین میکند. الیس و جورجوپولوس پروتئینی را مورد مطالعه قرار دادند که در نهایت به عنوان چپرونین260 (Cpn60) شناخته شد و مسئول شروع سیل عظیمی از مقالات در مورد چاپرونهای مولکولی در دو دهه گذشته بود. در حال حاضر، الیس یک چاپرون مولکولی را اینگونه تعریف می کند: «یکی از گروه بزرگ و متنوعی از پروتئینها که دارای خاصیت کمک به مونتاژ/جداسازی غیرکووالانسی سایر ساختارهای ماکرومولکولی هستند، اما در صورت وجود، اجزای دائمی این ساختارها نیستند. عملکردهای بیولوژیکی طبیعی خود را انجام میدهند. تغییر و اصلاح بیشتر اصطلاحات قدیمی در مورد چاپرون ها ضروری است، زیرا چاپرونهای مولکولی به طور دائمی در سلول تولید میشوند و غلظتهای درون سلولی آنها لزوما در پاسخ به استرس افزایش نمی یابد. این پروتئینها به عنوان چپرونهای مولکولی تعریف میشوند اما Hsps یا پروتئینهای استرس نیستند. چاپرون های مولکولی، که غلظت آنها در پاسخ به استرس افزایش می یابد، هم چپرون هستند و هم پروتئین های استرس / پروتئین های شوک حرارتی (6).
انواع چاپرونهای مولکولی
اولین چاپرون مولکولی فولدینگ- پروتئینی که کشف شد Cpn60 بود. از زمان شناسایی این پروتئین به عنوان یک چپرون مولکولی در سال 1988، پروتئینهای بسیار بیشتری با عملکرد مولکولی واقعی یا فرضی کشف شده اند و این اصطلاح در حال حاضر برای 25 خانواده از پروتئینها به کار میرود (جدول 1). در همه موجودات زنده، چاپرونهای مولکولی به عنوان پروتئینهای ضروری طبقه‌بندی میشوند و توالی‌های بین پروتئینهای مورد استفاده توسط پروکاریوتها و یوکاریوتها (مانند اعضای خانواده تیوردوکسین [Trx]، سیکلوفیلین‌ها، چپرونین‌ها، Hsp70 و Hsp90) حفظ میشود (7).
[1] Laskey, Ellis, and Georgopoulos
جدول 1- انواع چاپرونها و عملکرد آنها
خانواده پروتئینی | پروکاریوتها | یوکاریوتها | عملکرد |
Chaperonins | GroEL, GroES | Hsp60, TriC, CCT | تا شدن پروتئین ها در ساختار قفس (cage) |
Thioredoxin | Trx, DsbA to DsbE, glutaredoxin | Trx, glutaredoxin, protein disulfide isomerase | تبادل پروتئین تیول-دی سولفید |
Small Hsps | IbpA, IbpB | Hsp25/27, a-crystallins | جذب زنجیره های باز شده برای جلوگیری از تجمع استرس |
Peptidyl-prolyl isomerases | Cyclophilins, FKBPs, parvulins | Cyclophilins, FKBPs, parvulins | ایزومریزاسیون پیوند پپتیدی قبل از پرولین |
GrpE | GrpE | GrpE | عامل تبادل ADP/ATP در تعامل با DnaK/DnaJ |
Hsp40/DnaJ | DnaJ, CbpA, Rcs | Hsp40, Hdj2, Mtj1 | کوچاپرون های Hsp70 که فعالیت Hsp70 را تنظیم می کنند |
Hsp70 | DnaK, Hsc66, BiP,mitochondrial Hsp70, etc | Many (e.g., Hsp70, Hsc70) | جلوگیری از تجمع زنجیره های پروتئینی باز شده |
Hsp90 | HtpG | Hsp90, Gp96 | تنظیم مونتاژ پروتئین های انتقال سیگنال |
Hsp100 | ClpA,ClpB,ClpC, ClpX, ClpY | Hsp100 | جداسازی الیگومرها و اگریگیت ها |
Prefoldin nascent chain associated complex | Prefoldin | Nascent chain-associated complex | اتصال به زنجیرهای تازه سنتز شده پروتئین ها هنگام بیرون آمدن از ریبوزوم ها |
سلولهای یوکاریوتی دارای بخش‌های متعددی هستند (سیتوزول، شبکه آندوپلاسمی، میتوکندری، هسته)، و در این محفظه‌ها تاخوردگی پروتئین ناشی از استرس به عنوان پاسخ پروتئین بازشده شناخته میشود. پاسخ‌های پروتئینی بازشده عنصر مهمی در زیست‌شناسی یک پارچه سلول هستند، با مسیرهای سیگنال‌دهی کلیدی درون سلولی مرتبط هستند و اکنون با بیماری‌های انسانی مرتبط هستند. ضمناً در تعریف چپرونهای مولکولی این بود که آنها پروتئینهای درون سلولی هستند که در تا خوردگی پروتئین ها در داخل محفظه های سلولی نقش دارند، که به دلیل غلظت بالای پروتئین (در حد 200 تا 400 میلی گرم در میلی لیتر)، پروتئین-پروتئین نامناسب را ترجیح میدهند. فعل و انفعالات، که منجر به دناتوره شدن پروتئین قابل توجهی میشود. با این حال، مشخص شده است که بسیاری از چاپرونهای مولکولی می‌توانند در خارج از سلول وجود داشته باشند و در اعمال غیر فولدینگ شرکت کنند (8).
مکانیسم عمل چاپرونها
در ادامه برخی از مکانیسمهای مهم چاپرونها در فولدینگ پروتئینها توضیح داده شده است.
تاخوردگی پروتئینها به کمک سیستم چاپرون Hsp70
چاپرونهای کلاس Hsp70 (DnaK در باکتریها) ماشینهای مولکولی آلوستریکی هستند که در طیف وسیعی از فرآیندهای سلولی از جمله تاخوردگی مجدد پروتئین، ری فولدینگ، جابه جایی، جداسازی و تخریب شرکت میکنند. این فعالیت‌های متنوع از به دلیل تمایل مولکول Hsp70 برای عناصر توالی کوتاه (5-7 اسید آمینه) در اسید آمینه‌های آبگریز (اغلب توسط اسیدهای آمینه با بار مثبت در کنار آنها) میباشد (9). اتصال برگشت پذیر پپتیدهای آبگریز به C ترمینال دومین اتصالی سوبسترا (SBD) به Hsp70توسط اتصال ATP و هیدرولیز در دومین اتصال به نوکلئوتید (NBD) تنظیم میشود (شکل 2A). چرخه ساختاری مبتنی بر ATP Hsp70 توسط پروتئین های دامنه J کلاس Hsp40 (DnaJ در باکتری ها) و عوامل تبادل نوکلئوتیدی (NEFs؛ GrpE در باکتری ها) هماهنگ می شود. Hsp40 سوبستراها را به حالت باز و متصل به ATP Hsp70 تحویل میدهد (شکل 2B، حالت II). اتصال Hsp40 و پروتئین سوبسترا به طور هم افزایی باعث هیدرولیز ATP متصل می شود، در نتیجه یک کمپلکس پایدار بین پروتئین سوبسترا و Hsp70 در ترکیب بسته و متصل به ADP ایجاد می کند (شکل 2). اتصال بعدی به NEF تبادل ADP/ATP را کاتالیز می کند و آزادسازی بستر را تسهیل می کند، با پیشروی میانی تاشو حاصل یا مستقیماً به حالت اصلی یا انتقال به سایر سیستم های چاپرون، مانند چاپرونین یا Hsp90 (شکل 2B، حالت III) (10).
شکل 2- مکانیسم مولکولی سیستم چاپرون Hsp70 (11).
کاتالیز فولدینگ توسط چپرونین GroEL/ES
چاپرونینها (همچنین به عنوان Hsp60s نیز شناخته می شوند) کمپلکسهای الیگومری بزرگی هستند که به عنوان نانو قفس برای مولکولهای پروتئین منفرد عمل میکنند تا جدا شوند. آنها در فولدینگ ~ 10٪ از پروتئوم سیتوزولی شرکت میکنند، از جمله پروتئینهای ضروری که نمیتوانند خود به خود به حالت اصلی خود برسند و نمیتوانند از سایر سیستمهای چاپرون استفاده کنند. چپرونین باکتریایی GroEL از دو حلقه از هفت زیرواحد یکسان ~ 60 کیلو دالتون تشکیل شده است. هر زیر واحد شامل یک دامنه ATPase استوایی، یک دامنه لولای میانی، و یک دامنه آپیکال است که باقیمانده های آبگریز را برای اتصال بسترهای غیربومی در معرض نمایش می گذارد (شکل 3A). محفظه فولدینگ با تعامل با GroES ایجاد میشود، یک هپتامر از زیر واحدهای ~ 10 کیلو دالتون که به حوزه های آپیکال GroEL متصل میشود (شکل 3A) (12).
شکل 3- مکانیسم مولکولی چپرونین GroEL/ES
بیماری های مرتبط با فولدینگ پروتئینها
تعداد زیادی از بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی در انسان ناشی از تاخوردگی و تجمع اشتباه پروتئین است. اعتقاد بر این است که تا کردن اشتباه پروتئین علت اصلی بیماری آلزایمر، بیماری پارکینسون، بیماری هانتینگتون، بیماری کروتسفلد-جاکوب، فیبروز کیستیک، بیماری گوچر و بسیاری از اختلالات دژنراتیو و عصبی است. چاپرونهای مولکولی سلولی، که همه‌جا پروتئینهای ناشی از استرس هستند، و چاپرونهای شیمیایی و دارویی تازه یافته‌شده، در جلوگیری از تا زدن نادرست پروتئینهای مختلف بیماریزا مؤثر بوده و اساساً شدت چندین اختلال عصبی و بسیاری دیگر از تا زدن اشتباه پروتئینها را کاهش میدهند (13).
نقش چاپرونها در بیماری
چاپرون های مولکولی عملکردهای مهمی برای کنترل آسیب در حین و پس از استرس دارند. در شرایط آزمایشگاهی، بسیاری از چاپرونها مانند E.coli IbpB، DnaK، DnaJ، GroEL، HtpG و SecB و پروتئازهایی مانند DegP، HslU و Ion می توانند پلی پپتیدهای بازشده را متصل کرده و از تجمع آنها جلوگیری کنند. آنها همچنین در حل شدن اگیریگیتها نقش دارند. اگیریگیتهای پایدار در هنگام عملکرد جداگانه در برابر اکثر سیستمهای چاپرون ATPase مقاوم هستند، به عنوان مثال GroELS، Hsp90، ClpB، و غلظتهای پایین DnaK . Skowyra و همکاران مشاهده کردند که سیستم چپرون DnaK ممکن است برخی از اشکال تجمع پروتئین را دوباره فعال کند. مشاهده شده است که Hsp100، که شامل Ipb، ClpA، HslU و ClpX در اشریشیا کلی است، دارای فعالیت جداسازی است. مشخص شده که ClpA و ClpX برخی از ساختارهای پروتئینی طبیعی را بی ثبات میکنند (14).
شریمر و همکاران نشان داده اند که Hsp70 و Hsp100 در ترکیب برای فعال کردن مجدد بسیاری از توده های پروتئینی عمل می کنند. آنها همچنین نشان دادند که Hsp104 با Hsp70 و Hsp40 در یک تجزیه آهسته و ناکارآمد همکاری می کند، که به طور کلی محدود به دانه های کوچک لوسیفراز و α-گالاکتوزیداز است. یافته‌های آنها با شواهدی تأیید شده است که نشان میدهد هر دو همراه در کسب سلولی تحمل حرارتی با یکدیگر همکاری میکنند. گزارش شده است که فاکتور غیر مندلی مخمری [psi+]، که مشابه پریونهای پستانداران است، زمانی که مقادیر متوسطی از پروتئین چپرون Hsp104 وجود دارد و تولید بیش از حد یا غیرفعال شدن Hsp104 باعث از دست دادن [psi+] میشود، تکثیر می شود. این نتایج نشان میدهد که چپرون‌ها در پیشرفت بیماری پریون بسیار مهم هستند و سطح مشخصی از بیان چپرون میتواند سلول‌ها را از شر پریون‌ها خلاص کند، بدون اینکه بر قابلیت حیات آنها تأثیر بگذارد. کنترل سطح بیان Hsp104 ممکن است درمانی در برابر بیماری پریون ارائه دهد. علاوه بر این، Hsp104، همراه با Hsp70، مسئول حل شدن دانه های پریون مانند در ساکارومایسس سرویزیه است. بسیاری از پاسخ‌های مثبت دیگر در مورد جداسازی همراه با واسطه سلولی در داخل بدن گزارش شده‌اند. یک آزمایش کلاسیک توسط Goloubinoff و همکاران انجام شد، که پدیده‌های فعال‌سازی مجدد در شرایط آزمایشگاهی و تجزیه توده‌های پایدار مالات دهیدروژناز توسط ClpB همراه با DnaK، DnaJ و GrpE (KJE) را اثبات کردند و مکانیسم کل فرآیند تجزیه را بیشتر توضیح دادند. (شکل 4).
شکل 4- فرآیند ضدتجمع پروتئین در اشریشیا کلی توسط چپرون
نقش چاپرونهای شیمیایی و دارویی در حفظ ساختاری پروتئینی
چاپرونهای شیمیایی راهبرد دیگر برای جلوگیری از تا خوردگی نادرست یا اصلاح ساختار کشنده پروتئین جهش یافته، تأثیرگذاری بر محیط فولدینگ پروتئین در داخل سلول است. به منظور آزمایش این ایده، پروتئین ΔF508 CFTR برای توانایی فولدینگ آن در دمای 37 درجه سانتی گراد و < 30 درجه سانتی گراد آزمایش شد. مشاهده شد که در دمای بالاتر، بخشی از پروتئین تازه سنتز شده به اشتباه تا خورده و تخریب میشود، در حالی که در دمای پایین‌تر بخشی از آن ساختار طبیعی را تشکیل میدهد. این به کشف برخی از ترکیبات شیمیایی کمک کرد که پروتئینها را در برابر دناتوره شدن حرارتی تثبیت می کنند و ممکن است به اصلاح عیوب تا خوردگی پروتئین ها کمک کنند. این ترکیبات در مجموع چاپرونهای شیمیایی نامیده میشدند. مطالعات اخیر نشان میدهد که چاپرون های شیمیایی در جلوگیری از تشکیل ساختار نادرست چین خورده و متعاقب آن تشکیل آمیلوئید موثر هستند. آنها ترکیباتی با جرم مولکولی کم هستند که برای تثبیت ساختار پروتئین در برابر دناتوره شدن حرارتی و شیمیایی شناخته شده اند. نشان داده شده است که چاپرونهای شیمیایی اگریگیت و تاخوردگی نا صحیح درون سلولی چندین پروتئین مختلف مانند CFTR، α-آنتی تریپسین، آکواپورین-2، گیرنده وازوپرسین-V2، α-گالاکتوزیداز-A، p53 و P-گلیکوپروتئین را معکوس میکنند (15, 16).
تنظیم بیان ژنهای شوک حرارتی
مکانیسم های تنظیم کننده ژن های شوک حرارتی
در باکتریها، تنظیم ژنهای شوک حرارتی میتواند مثبت یا منفی باشد. تنظیم مثبت از عوامل سیگما جایگزین استفاده می کند تا به طور خاص ماشین رونویسی را به زیر مجموعه ای از پروموتورهای انتخاب شده هدایت کند، در حالی که تنظیم منفی توسط سرکوبگرهای رونویسی تنظیم می شود. جالب توجه است، در حالی که چندین باکتری مکانیسمهای منحصراً مثبت یا منفی را اتخاذ میکنند، در برخی میکروارگانیسم‌ها این استراتژی‌های متضاد با هم وجود دارند و یک شبکه تنظیمی پیچیده از ژنهای شوک حرارتی ایجاد میکنند (17).
فاکتورهای تنظیم کننده رونویسی شوک حرارتی
تنظیم رونویسی ژنهای شوک حرارتی درجات مختلفی از پیچیدگی را در میان میکروارگانیسم‌های مختلف نشان میدهد که منعکس‌کننده تنوع شدید مکانیسمهای تنظیم‌کننده ژنتیکی در باکتریها است.در چندین باکتری، تنظیم رونویسی شوک حرارتی منحصراً توسط یک عامل σ اختصاصی مدیریت میشود که آنزیم RNA پلیمراز را قادر می‌سازد تا ژنهای خاصی را که برای پاسخ به استرس دما مهم هستند رونویسی کند (جدول 2). در چنین موارد ساده‌ای، تمام ژنهای پاسخ‌دهنده به حرارت تحت کنترل یک تنظیم‌کننده هستند. برای مثال، در سودوموناس آئروژینوزا و در ویبریوکلرا، تنظیم رونویسی ژنهای شوک حرارتی توسط یک فاکتور سیگما جایگزین خاص برای تنش گرمایی کنترل میشود که از نظر توالی و عملکرد مشابه σ32 اشریشیا کلی است. در اینجا، دو فاکتور σ جایگزین (σ32 و σE) در تنظیم شوک حرارتی نقش دارند، با σ32 نقش عمده‌ای در سنجش محرک‌های سیتوپلاسمی و غشای داخلی دارد، در حالیکه σE متعهد به پاسخ استرس برون سیتوپلاسمی است (18).
در سایر گونه های باکتریایی، همزیستی مکانیسمهای کنترل مثبت و منفی، همراه با تنظیم بیان مجموعه های متمایز ژنهای شوک حرارتی، مشاهده شده است. به عنوان مثال، در پاتوژن گرم مثبت لیستریا مونوسیتوژنز، سه گروه از ژنهای شوک حرارتی وجود دارد که هر کدام با استراتژی متفاوتی کنترل می شوند. به طور مفصل، ژنهای متعلق به کلاس I (اعضای رمزکننده سیستمهای چپرون اصلی DnaK و GroE) و کلاس III (شاپرون‌های کدکننده و پروتئازهای Clp وابسته به ATP) به ترتیب توسط HrcA و توسط مهارکننده شوک حرارتی CtsR تنظیم منفی میشوند. در مقابل، ژن های متعلق به کلاس II (کد کننده پروتئین های استرس عمومی) به طور مثبت توسط فاکتور سیگما جایگزین σB کنترل می شوند. جالب است که در سیانوباکتری ها، هر دو استراتژی مثبت و منفی تنظیم رونویسی برای کنترل بیان برخی از ژن های شوک حرارتی ترکیب می شوند. به عنوان مثال، در Synechocystis PCC6803، اپرون groESL به طور منفی توسط سیستم HrcA/CIRCE تنظیم می شود و به طور مثبت توسط فاکتورهای سیگما جایگزین SigE و SigB تنظیم می شود. علاوه بر این، هیستیدین کیناز Hik34 در تنظیم منفی ژن چاپرونین نقش دارد. علاوه بر مکانیسمهای رونویسی، تنظیم ژنهای شوک حرارتی مبتنی بر RNA در سیانوباکتری‌ها نیز گزارش شده است. بیان ژن hsp17 که برای پروتئین شوک حرارتی کوچکی که HspA نیز نامیده می شود، کد می کند، از نظر رونویسی به فاکتورهای سیگمای جایگزین SigE و SigB وابسته است و پس از رونویسی توسط ساختار RNA حساس به دما در بخش 5'-UTR از ژن کنترل می شود (19).
جدول 2- فاکتورها و ژنهای تحت تاثیر (17).
باکتری | فاکتور تنظیم رونویسی | ژنهای تنظیم شده |
Agrobacterium tumefaciens | RpoH | groESL, dnaK-dnaJ, grpE, clpP and others |
| HrcA | groESL |
Bacillus subtilis | HrcA | Class I: groESL, dnaK-dnaJ, grpE, and others |
| σB | Class II: genes coding for general stress proteins |
| CtsR | Class III: clpP, clpE, ctsR-mcsA-mcsB-clpC and others |
| Unknown |
|
| CssS/CssR | Class IV: htpG |
| Unknown | Class V: htrA, htrB and others |
|
| Class VI: ftsH, clpX and others |
Escherichia coli | σ32 (σH, RpoH) | groESL, dnaK-dnaJ, grpE, ibpA and others |
| σE (σ24) | degP, clpX, lon and others |
Helicobacter pylori | HspR | cbpA-hspR-helicase, groESL, hrcA-grpE-dnaK |
| HrcA | groESL, hrcA-grpE-dnaK |
Listeria monocytogenes | HrcA | Class I: groESL, dnaK, and others |
| σB | Class II: genes coding for general stress proteins |
| CtsR | Class III: clpP, clpB, hslU and others |
Mycoplasma genitalium | HrcA | dnaK, lon, clpB |
Oenococcus oeni | HrcA | groESL, dnaK, clpP, hsp18 and others |
Pseudomonas aeruginosa | σH (RpoH) | groESL, dnaK, and others |
Staphylococcus aureus | HrcA | hrcA-dnaK, groESL |
| CtsR | clpP, clpC, clpB, hrcA-dnaK, groESL |
| σB | genes coding for general stress proteins |
Streptococcus pneumoniae | HrcA | groESL, dnaK-dnaJ, grpE |
| CtsR | groESL, clpP, clpC, clpE |
Streptococcus salivarus | HrcA | clpP, groESL, dnaK |
| CtsR | clpP, groESL, other clp genes |
Streptomyces albus | HrcA | groESL1, groEL2, dnaJ2 |
| HspR | dnaK, clpB |
| RheA | hsp18 |
Synechocystis PCC6803 | HrcA | groESL, groEL-2, dnaK2 and others |
| SigB | groESL, groEL-2, dnaK2, hspA, htpG and others |
| SigE | groESL, groEL-2, dnaK2, hspA, htpG and others |
| HiK34 | groESL, dnaK2, htpG |
Vibrio cholerae | σ32 (RpoH) | groESL, dnaK-dnaJ, lon, clpB, and others |
مکانیسمهای سنجش گرما در باکتریها در پاسخ به محیط
توانایی باکتریها برای واکنش سریع به افزایش ناگهانی دما به مکانیسمهای حسگر حرارت بستگی دارد که نشانه‌های محیطی را برای فعال کردن مسیرهای پاسخ مناسب ادغام میکنند. تا به امروز، مکانیسمهای مختلفی از تنظیم حرارت در باکتریها توصیف شده است و تقریباً تمام کلاس‌های بیومولکول‌ها از جمله لیپیدها، پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک (یعنی هم DNA و هم RNA) را شامل میشود. همه این کلاس‌ها می‌توانند به عنوان حسگرهای حرارتی عمل کنند که تغییرات دمای محیط را تشخیص داده و پاسخ‌های سلولی مربوطه را آغاز میکنند. مکانیسمهای حسگر گرما می‌توانند مستقیم باشند، که توسط آن دما به طور مستقیم بر فعالیت مولکول زیستی حسگر تأثیر می‌گذارد، یا میتواند غیرمستقیم باشد، که به وسیله آن پیامدهای افزایش ناگهانی دما (به عنوان مثال، تجمع پروتئینهای تا شده اشتباه در سیتوپلاسم) شناسایی میشود. اگرچه دما یک سیگنال فراگیر است که چندین مسیر سلولی را تحت تأثیر قرار میدهد، این فصل عمدتاً بر مکانیسمهای حسی متمرکز است که بیان ژن شوک حرارتی را تحریک میکند و تنها چند نمونه از حسگرهای حرارتی که در تنظیم عوامل بیماری زاست توضیح داده میشوند (20).
سنجش دما از طریق RNA
سریع‌ترین روش تغییر بیان ژن در پاسخ به تغییرات دما بر اساس یک عنصر تنظیم‌کننده سیس است که بخشی از mRNA است که پروتئین شوک حرارتی را کد میکند. این مکانیسم تنظیم حرارت، پاسخ بسیار سریعی را پس از درک سیگنال تضمین میکند، زیرا دما بر کارایی ترجمه هر دو مخزن درون سلولی مولکولهای mRNA و همچنین رونویسی در حال انجام تأثیر می‌گذارد. اصل کلی مبتنی بر تشکیل ساختارهای ثانویه زیپ مانند و حساس به دما است که mRNA های تحت این نوع تنظیم را مشخص می کند (شکل 5A). به طور خاص، در دمای فیزیولوژیکی، ناحیه 5' این دسته از mRNA ساختاری را تشکیل میدهد که مانع از عناصر توالی حیاتی برای شروع ترجمه میشود، مانند محل اتصال به ریبوزوم (همچنین به عنوان دنباله شاین-دالگارنو شناخته میشود) و شروع ترجمه. کدون هنگامی که چنین عناصر توالی در یک ساختار ثانویه دخالت دارند، تشخیص و اتصال رونوشت توسط ریبوزوم با مشکل مواجه میشود و در نتیجه بر ترجمه mRNA تأثیر منفی می‌گذارد. با افزایش دما، ساختار ثانویه از طریق یک بازآرایی یا ذوب جزئی می رود. در نتیجه، ریبوزوم ها می توانند به راحتی به ناحیه mRNA 5' دسترسی پیدا کنند و ترجمه افزایش می یابد. چندین توالی RNA حساس به دما که به عنوان دماسنج RNA نیز شناخته میشوند، در دو دهه اخیر کشف و با جزئیات مشخص شده اند (21).
اولین دماسنج RNA در اشریشیا کلی کشف شد و بیان فاکتور سیگما جایگزین شوک حرارتی σ32 را تنظیم می کند. این یکی از پیچیده‌ترین دماسنج‌های RNA را نشان میدهد که تاکنون شناخته شده‌اند، با ساختار ثانویه گسترده‌ای که فقط به ناحیه mRNA 5' RpoH محدود نمی‌شود. به طور خاص، اگرچه در ساختار ثانویه مشخص شده، توالی Shine-Dalgarno تا حدی در معرض دید قرار میگیرد، ترجمه mRNA ژن rpoH در دمای پایین توسط جفت شدن درون مولکولی بین ناحیه ترجمه نشده 5' و بخشی از توالی کد کننده بلافاصله در پایین دست کدون شروع AUG مانع می شود. با این حال، دماسنج‌های RNA بسیار ساده‌تری وجود دارند که نمونه‌ای از آن با کنترل بیان ژن hspA Bradyrhizobium japonicum است. این توالی تنظیم‌کننده سیس، عضو موسس فراوان‌ترین دسته دماسنج‌های RNA به نام ROSE برای سرکوب بیان ژنهای شوک حرارتی است. عناصر ROSE به طور معمول در تنظیم پروتئینهای شوک حرارتی کوچک نقش دارند و طول آنها از 60 تا حدود 120 نوکلئوتید متغیر است. عناصر ROSE به عنوان یک عنصر DNA حفاظت شده قبل از چندین ژن شوک حرارتی در ریزوبیاهای مختلف مورد توجه قرار گرفتند. در ابتدا، حدس زده شد که آنها در سطح DNA عمل می کنند و مکانیسم تنظیمی آنها به اتصال یک پروتئین سرکوبگر وابسته است. با توجه به اینکه امکان پیش‌بینی ساختار ثانویه مشابه برای همه 15 عنصر ROSE شناخته شده وجود داشت، یک مکانیسم پس از رونویسی پیشنهاد شد و با تجزیه و تحلیل جهش دقیق یک همجوشی ترجمه‌ای ROSE-hspA-lacZ تأیید شد. مشخصات مولکولی و ساختاری گسترده بعدی برخی از ویژگی‌های کلیدی این نوع دماسنج‌های RNA را نشان داد. جالب توجه است، نشان داده شد که دماسنج‌های RNA مبتنی بر ROSE شامل دو تا چهار حلقه ساقه هستند و می‌توانند به تدریج به تغییرات دما پاسخ دهند و سطوح مختلف تنظیم بیان را با توجه به شدت تنش گرمایی ارائه دهند (22).
سنجش دما از طریق DNA
در برخی موارد، تغییرات دما را می توان مستقیماً توسط DNA سلول باکتری تشخیص داد. چندین مسیر متابولیک فیزیولوژیکی یک میکروارگانیسم تحت تأثیر شرایط خارجی تجربه شده است. به نوبه خود، وضعیت متابولیک سلول از جمله نسبت ADP به ATP تحت تأثیر قرار می گیرد. در نتیجه، آنزیم هایی که به ATP به عنوان کوفاکتور نیاز دارند، مانند DNA gyrase، تحت تأثیر قرار خواهند گرفت. این آنزیم که فعالیت آن کاملاً با وضعیت توپولوژیکی DNA مرتبط است، به ATP وابسته است و توسط ADP مهار می شود (بنابراین تغییر در نسبت ATP:ADP بر فعالیت DNA گیراز تأثیر می گذارد). به همین دلیل، شرایط نوسان خارجی که بر فرآیندهای متابولیک، از جمله شوک اسمزی و حرارتی تأثیر می‌گذارند، می‌توانند در نهایت بر سطح جهانی ابرپیچ‌زنی DNA تأثیر بگذارند. با توجه به اینکه ابرپیچ DNA میتواند بر رونویسی ژن تأثیر بگذارد، DNA را می‌توان به عنوان یک حسگر حرارتی تغییر دمای محیط در نظر گرفت که از طریق تغییرات وضعیت توپولوژیکی جهانی کروموزوم در پاسخ به محرک‌های خارجی عمل میکند. یکی از پارامترهای اولیه توپولوژی DNA که به تغییرات دما پاسخ می دهد، ابرپیچ پلاسمیدی است. به طور خاص، هم در باکتری‌های مزوفیل و هم در باکتری‌های هیپرترموفیل نشان داده شد که تغییرات ناگهانی دما منجر به تغییرات گذرا در توپولوژی DNA پلاسمید میشود و این اثر، به نوبه خود، تأثیر قابل‌توجهی بر کارایی رونویسی دارد (23).
با این حال، در برخی موارد دیگر، ساختارهای DNA محلی، حس دما را واسطه میکنند و رونویسی ژنهای همسایه را تحت تأثیر قرار میدهند. برخی از توالی‌های DNA شناسایی‌شده در E. coli و در چندین باکتری دیگر با ترکیب توپولوژیکی خاص توالی مشخص میشوند که میتواند ترکیب‌های مختلفی را در پاسخ به تغییرات دما در نظر بگیرد. هنگامی که این نواحی DNA نزدیک به پروموترها هستند، تغییرات ساختاری محلی ناشی از شوک حرارتی به مدولاسیونی از کارایی اتصال RNA پلیمراز تبدیل میشود و در نتیجه رونویسی ژنهای پایین‌دست را تحت تأثیر قرار میدهد. یک مثال با ناحیه بالادست ژن plc نشان داده شده است که فسفولیپاز C (PLC) را در کلستریدیوم پرفریژنز کد می کند. در این مورد، سه بخش A-tracts که قبل از ژن کد کننده PLC هستند، یک ترکیب خمیده قوی به این توالی DNA میدهند. با استفاده از روش‌های رونویسی آزمایشگاهی، نشان داده شد که اثر تحریکی بر فعالیت پروموتر توالی A-tract وابسته به دما است، احتمالاً به دلیل تغییر در زاویه خمش بر نوسانات دما. علاوه بر فعال سازی مستقیم رونویسی با واسطه DNA خم شده از طریق تسهیل اتصال RNA پلیمراز، انحناهای DNA محلی وابسته به دما می توانند به طور غیرمستقیم کارایی رونویسی را با تأثیر بر تعامل پروتئینها با نقش تنظیمی بر بیان ژن تنظیم کنند. از این نظر، پروتئین های مرتبط با نوکلوئید مانند IHF، Fis، HU و H-NS نشان داده شده است که در این نوع فرآیند نقش دارند. یکی از بهترین نمونه های مطالعه شده مربوط به تنظیم وابسته به دما رونویسی virF در شیگلا فلکسنری، یک باکتری بیماریزا است که میتواند به اپیتلیوم روده انسان حمله کند (شکل 5B). تنظیم کننده VirF شبه AraC، پروتئینی که باعث فعال شدن چندین ژن با عملکردهای تهاجمی می شود، باید تنها پس از انتقال از محیط بیرون به میزبان بیان شود. نشان داده شده است که رونویسی پروموتر virF در دماهای غیرمجاز (زیر 32 درجه سانتیگراد) توسط پروتئین H-NS مرتبط با نوکلوئید سرکوب می شود (24).
علاوه بر این، نشان داده شد که پروموتر virF دارای دو محل اتصال H-NS است که توسط یک منطقه خمیده ذاتی جدا شده‌اند، که وجود آن در سیلیکو پیش‌بینی شده بود و با نتایج تجربی آزمایشگاهی نشان داده شد. به طرز جالبی، با افزایش دما، این ناحیه DNA تحت یک انتقال ساختاری ناگهانی (در حدود 32 درجه سانتیگراد) قرار می گیرد که بر دسترسی H-NS به سایت های DNA هدف تأثیر می گذارد و پروموتر virF را سرکوب میکند. یک فعل و انفعال مشابه بین خم شدن DNA وابسته به دما و اتصال H-NS برای تعدیل بیان ژن همولیزین در ارگانیسم مدل اشریشیا کلی و افزایش بیان یک سیستم ترشح نوع III در بالای 30 درجه سانتیگراد در S. enterica نشان داده شد (25).
به طور خلاصه، حتی اگر چندین مثال از تنظیم بیان ژن وابسته به دما به نقش DNA به عنوان یک مولکول زیستی حسگر اشاره می کند، به نظر میرسد که این مکانیسم سنجش گرما به جای گرما، برای تنظیم بیان ژنهای حدت-پاسخ شوک بسیار مناسب تر است.
پروتئین های حسگر
باکتریها همچنین می‌توانند با استفاده از پروتئینها به‌عنوان حسگرهای حرارتی، نوسانات دما را در جایگاه‌های اکولوژیکی خود حس کرده و به آن پاسخ دهند. طبقات مختلف پروتئینها، از جمله کینازها، سرکوبگرهای رونویسی شوک حرارتی و چاپرون ها، به عنوان حسگرهای تغییرات دما مشخص شده اند. با این حال، دو دسته اخیر پروتئین ها در درجه اول برای انتقال سیگنال های استرس گرمایی استفاده میشوند که پاسخ شوک حرارتی رونویسی را تحریک میکنند. سرکوبگرهای رونویسی حسگر حرارت ذاتی قادر به تعدیل مستقیم رونویسی ژنهای هدف در پاسخ به نوسانات دما هستند. به طور خاص، آنها فقط در دمای فیزیولوژیکی برای اتصال پروموتر و سرکوب رونویسی ژن صلاحیت دارند. پس از شوک حرارتی، این سرکوبگرهای حرارتی تحت یک تغییر ساختاری قرار می گیرند که میل اتصال نسبی را برای اپراتورهایشان کاهش می دهد. در نتیجه، رونویسی ژن هدف کاهش می یابد (شکل 5C). با توجه به نکته قبلی، CtsR، سرکوبگر جهانی ژنهای شوک حرارتی باسیلوس سوبتیلیس و سایر باکتری های گرم مثبت با GC پایین، یکی از بهترین نمونه های مشخص شده است (26). سنجش‌های اتصال به DNA آزمایشگاهی که در دماهای مختلف انجام شد نشان داد که فعالیت اتصال CtsR به پروموتر clpC در شرایط شوک حرارتی (50 درجه سانتیگراد)، در مقایسه با دمای طبیعی رشد در 37 درجه سانتیگراد، به شدت کاهش می‌یابد. جالب توجه است، از دست دادن وابسته به دما فعالیت اتصال به DNA CtsR برگشت پذیر نشان داده شد. در واقع، زمانی که CtsR ابتدا در دمای غیرمجاز و سپس در دمای 37 درجه سانتی گراد انکوبه شد، تنظیم کننده فعالیت اتصال به DNA را به دست آورد. در مورد CtsR، تغییر ساختاری وابسته به دما که مسئول از دست دادن فعالیت اتصال به DNA است، به یک ناحیه حلقه غنی از گلیسین کوتاه در DBD محدود میشود، که مکان عملکردی دقیقی را برای سنجش گرما تشکیل میدهد. نشان داده شد که سرکوبگر شوک حرارتی Streptomyces albus RheA ، قادر به تشخیص تغییرات دما در غیاب سایر عوامل است و رفتاری مشابه با CtsR دارد. پس از چالش گرما، RheA فعالیت اتصال به DNA را از دست میدهد و انتقال از شکل فعال به غیرفعال به یک تغییر ساختاری برگشت پذیر ناشی از دما مربوط می شود (27). یک الگوی مشابه از ظرفیت اتصال به DNA وابسته به دما نیز به وضوح برای تنظیم کننده RovA مرتبط با حدت یرسینیا پستیس و برای تنظیم کننده TlpA باکتری سالمونلا انتریکا نشان داده شد. در مثال دوم، به طور خاص، دما به طور برگشت‌پذیری بر دومین های مناسب اتصال به DNA در حالت الیگومریزه شده پروتئین تأثیر می‌گذارد و در نتیجه بر توانایی اتصال به DNA تأثیر می‌گذارد. یکی دیگر از مهارکننده های شوک حرارتی گسترده، HrcA، می تواند در برخی موارد به عنوان یک دماسنج پروتئینی ذاتی عمل کند. مشاهده اینکه پروفایل‌های دناتوراسیون حرارتی باسیلوس سوبتیلیس و کمپلکسهای B. thermoglucosidasius HrcA-CIRCE بسیار با دماهای رشد متفاوت دو میکروارگانیسم سازگار است، به این پیشنهاد منجر شد که رپرسور HrcA ممکن است نقشی به‌عنوان حسگر حرارتی داشته باشد. نقش مستقیمی به عنوان حسگر حرارتی اخیراً برای سرکوبگر HrcA هلیکوباکتر پیلوری نشان داده شده است. به طور خاص، نتایج سنجش ردپای DNaseI در شرایط آزمایشگاهی نشان داد که اتصال DNA با واسطه HrcA به شدت وابسته به دما است. هنگامیکه هلیکوباکتر پیلوری HrcA در معرض دمای بالاتر از 37 درجه سانتیگراد قرار گرفت، به طور چشمگیری میل اتصال به اپراتورهای CIRCE را کاهش داد و اساساً غیرفعال شد. به طور جالب توجهی، از دست دادن فعالیت اتصال پس از درمان شوک حرارتی به نظر می رسد در شرایط آزمایشگاهی غیرقابل برگشت باشد، که احتمالاً به عنوان یک نتیجه از تغییرات ساختاری عمده در دمای بیش از 40 درجه سانتیگراد است. با این حال، وضعیت در داخل بدن متفاوت است، جایی که HrcA قادر است عملکرد سرکوب کننده خود را پس از چالش دما بازیابی کند (27).
شکل 5– مکانیسم های حسگر دما (17).
تغییرات بیان ژنها در شرایط استرسی در باکتری ها
یکی از مهمترین رویدادها در موجودات مختلف در مواجهه با شرایط حاد محیطی تغییرات بیان ژنها برای مقابله و زنده ماندن در آن شرایط حاد می باشد که در ادامه به یکی از مهمترین تغییرات بیان ژن در شرایط استرس اکسیداتیو پرداخته می شود. مشخصات رونویسی ژنومی سلولهای اشریشیا کلی تیمار شده با پراکسید هیدروژن با یک ریزآرایه DNA متشکل از 4169 فریم خواندن باز E. coli مورد بررسی قرار گرفت. با اندازه‌گیری بیان ژن در سویه‌های حذفی نوع وحشی و oxyR، تأیید شد که تنظیم‌کننده پاسخ پراکسید OxyR اکثر ژنهای بسیار القایی با پراکسید هیدروژن را فعال میکند. اندازه‌گیری‌های میکرواری DNA امکان شناسایی چندین ژن جدید فعال‌شده با OxyR، از جمله ژن بیوسنتزی hemH هم را فراهم کرد. اپرون suf شش ژنی که ممکن است در مونتاژ یا تعمیر خوشه Fe-S و چهار ژن با عملکرد ناشناخته شرکت کند. ما همچنین چندین ژن از جمله uxuA را شناسایی کردیم که هیدرولاز مانونات را کد میکند، که بیان آنها ممکن است توسط OxyR سرکوب شود، زیرا بیان آنها در سویه جهش یافته ΔoxyR افزایش یافته است. علاوه بر این، القای برخی از ژنها مستقل از OxyR بود که نشان‌دهنده وجود سایر حسگرها و تنظیم‌کننده‌های پراکسید در اشریشیا کلی است. به عنوان مثال، اپرون isc، که فعالیت‌های تشکیل و ترمیم خوشه Fe-S را مشخص میکند، توسط پراکسید هیدروژن در سویه‌های فاقد OxyR یا تنظیم‌کننده‌های پاسخ سوپراکسید SoxRS القا شد. این نتایج درک ما را از پاسخ استرس اکسیداتیو گسترش میدهد (28).
پاسخ وابسته به OxyR
مشخصه پاسخ اشریشیا کلی به پراکسید هیدروژن، القای سریع و قوی مجموعه ای از ژنهای تنظیم شده با OxyR از جمله dps، katG، grxA، ahpCF و trxC است. القای بیش از 20 برابر مشاهده شده همه این ژنها در سویه نوع وحشی در جدول 3 نشان داده شده است.
جدول 3- 30 ژن القا شده با پراکسید هیدروژن.
Gene | b no. | Induction ratioa | Functionb |
dps | b0812 | 180 | Stress response DNA binding protein |
yaiA | b0389 | 56 | Function unknown |
katG | b3942 | 44 | Catalase hydrogen peroxidase I |
grxA | b0849 | 37 | Glutaredoxin I |
yfiA | b2597 | 36 | Function unknown |
ibpA | b3687 | 29 | Chaperone, heat-inducible protein of HSP20 family |
yjiD | b4326 | 29 | Function unknown |
ycfR | b1112 | 26 | Function unknown |
ahpF | b0606 | 22 | Alkyl hydroperoxide reductase large subunit |
trxC | b2582 | 21 | Thioredoxin 2 |
sufA | b1684 | 21 | Homology with IscA |
ymgB | b1166 | 20 | Function unknown |
ahpC | b0605 | 20 | Alkyl hydroperoxide reductase small subunit |
ibpB | b3686 | 18 | Chaperone, heat-inducible protein of HSP20 family |
yaaA | b0006 | 18 | Function unknown |
tnaA | b3708 | 18 | Tryptophanase |
fpr | b3924 | 17 | Ferredoxin NADP+ reductase |
cysK | b2414 | 16 | Cysteine synthase |
sufB | b1683 | 16 | Function unknown |
dsdX | b2365 | 15 | Homology with gluconate permease |
ybjM | b0848 | 15 | Function unknown |
yeeD | b2012 | 14 | Function unknown |
dsdA | b2366 | 13 | d-Serine deaminase |
soxS | b4062 | 13 | Regulatory protein of soxRS regulon |
sbp | b3917 | 12 | Periplasmic sulfate binding protein |
sufC | b1682 | 12 | Putative ABC transporter |
phoH | b1020 | 12 | Member of pho regulon |
hemH | b0475 | 11 | Ferrochelatase |
yljA | b0881 | 11 | Function unknown |
ycgZ | b1164 | 11 | Function unknown |
(i) hemH.
یک ژن، hemH (b0475)، که بیان آن 11 برابر توسط پراکسید هیدروژن در سویه نوع وحشی القا شد، یک فروکلاتاز را کد میکند که ادغام یون آهن را در پروتوپورفیرین IX در نهایی کاتالیز میکند. مرحله در بیوسنتز پروتوهم جایگاه hemH نیز visA نامیده شد زیرا برخی از جهش‌های فروکلاتاز اشریشیا کلی به دلیل داشتن یک فنوتیپ حساس به نور شناسایی شدند. قبلا مشخص شده بود که حساسیت به نور ناشی از افزایش سطوح پروتوپورفیرین IX است که در جهش‌های فاقد فروکلاتاز تجمع می‌یابد (29).
(ii) اپرون suf.
سه ژن sufA/ydiC (b1684)، sufB/ynhE (b1683) و sufC/ynhD (b1682) که بیان آنها به شدت در سویه نوع وحشی القا شد. این ژنها در یک جهت رونویسی می شوند و پتانسیل جفت شدن انتقالی را نشان میدهند. Patzer و Hantke پیشنهاد کردند که خوشه ژنی یک اپرون را تشکیل میدهد و به دلیل دخالت احتمالی در تجمع گوگرد، ژنها را sufA، sufB، sufC، sufD، sufS و sufE نامیدند. از شش ORF، ژن sufS و محصول آن بهترین مشخصه‌ها هستند. این ژن یکی از سه همولوگ NifS در اشریشیا کلی را کد میکند و همچنین csdB نامیده شده است. هر سه همولوگ ژن NifS در اشریشیا کلی، IscS، CSD، و SufS/CsdB، حذف گوگرد از ال-سیستئین و سلنیوم از ال-سلنوسیستئین را کاتالیز می کنند. با این حال، پروتئین SufS/CsdB 290 برابر بر ال-سلنوسیستئین فعال تر از ال-سیستئین است و بنابراین به عنوان همتای E. coli سلنوسیستئین لیاز پستانداران در نظر گرفته شد. محصولات ژنی پنج ژن باقیمانده suf کمتر مورد مطالعه قرار گرفته اند، اما برخی مشابهت های جالبی را با سایر پروتئین های مشخص شده نشان میدهند. sufA یک همولوگ از IscA را کد می کند که همراه با محصولات ژنهای iscS و iscU در تشکیل و ترمیم خوشه Fe-S نقش دارد. ژن های sufB، sufC و sufD اجزای یک انتقال دهنده کاست اتصال ATP (ABC) را رمزگذاری می کنند. هیچ داده بیوشیمیایی در رابطه با این سه ژن یافت نمی شود. با این حال، مطالعات ژنتیکی نشان داده‌اند که جهش‌یافته‌های E. coli sufC القای وابسته به soxR یک همجوشی ژن soxS-lacZ را به تاخیر انداخته‌اند، و پایداری پروتئین یون ردوکتاز [2Fe-2S] که توسط fhuF کدگذاری میشود در sufD جهش یافته ها کاهش می‌یابد. ژن نهایی در اپرون، sufE، یک اکسیدوردوکتاز حفاظت‌شده را کد میکند، که همولوگ آن در پایین دست ژن csd وجود دارد (30).
اگرچه فقط sufA، sufB، و sufC جزو ژنهای بسیار القا شده هستند، sufD (b1681)، sufS (b1680) و sufE (b1679) نیز با نسبت‌های بالاتری در سویه نوع وحشی القا میشوند. برای تأیید تنظیم OxyR این اپرون و برای ترسیم شروع رونوشت suf، سنجش های گسترش پرایمر را انجام دادیم. مطابق با داده‌های ریزآرایه، القای sufA وابسته به OxyR را شناسایی کردیم. هنگامی که RNA جدا شده از سویه نوع وحشی به عنوان الگو استفاده شد، یک محصول گسترش پرایمر قوی که به یک باقیمانده T در موقعیت 1762442، 32 جفت باز در بالادست کدون شروع sufA در موقعیت 1762410 ختم می‌شد، مشاهده شد. ردپای DNase I که با استفاده از یک قطعه 378 جفت باز از ناحیه درون ژنی sufA-ydiH انجام شد، نشان داد که OxyR اکسید شده منحصراً به سایت پیش‌بینی‌شده متصل است. با این حال، این تک محل اتصال OxyR از انتهای محصول گسترش پرایمر در بالادست فاصله داشت، و در تمام پروموترهای شناخته شده فعال شده با OxyR، فاکتور رونویسی در موقعیتی با هم همپوشانی یا مستقیماً در بالادست دنباله 35- پروموتر متصل می شود. احتمالاً رونوشت اولیه sufA طولانی‌تر است و یا پردازش میشود یا به یک ساختار ثانویه پیچیده غیرقابل نفوذ نسبت به رونوشت معکوس تبدیل میشود. با توجه به حفاظت غیرمعمول بالای ناحیه درون ژنی sufA-ydiH، این احتمال وجود دارد که تنظیم بیان sufA پیچیده باشد. ما تنظیم قوی Fur بیان sufA را در شرایط مورد استفاده در آزمایش‌های خود مشاهده نشد. با این حال، دو محل اتصال Fur فرضی، در موقعیت‌های 1762460 و 1762466، در پروموتر suf پیش‌بینی شده‌اند، و بیان وابسته به Fur ترکیبات sufD-lacZ و sufS-lacZ قبلاً مشاهده شده است. برای درک کامل تنظیم اپرون suf به آزمایشات بیشتری نیاز است (31).
(iii) ژن های با عملکرد ناشناخته.
چهار ORF با عملکرد ناشناخته، yaiA، yaaA، yljA، و ybjM، القای پراکسید بسیار قوی‌تری را در سویه نوع وحشی نسبت به سویه حذف oxyR نشان دادند. yaaA و yljA ORF های حفاظت شده هستند، اما داده های تجربی در مورد عملکرد پروتئین های مربوطه را نمیتوان در مقالات یافت. سنجش گسترش پرایمر تأیید کرد که رونوشت‌هایی که مستقیماً در بالادست اولین کدون پیش‌بینی‌شده ORFهای yaiA، yaaA و yljA شروع میشوند، توسط پراکسید هیدروژن به روشی وابسته به OxyR القا میشوند. جستجوی محاسباتی برای مکان‌های اتصال OxyR یک سایت اتصال OxyR فرضی را در موقعیت 922026 در پروموتر yljA پیش‌بینی کرد. جالب اینجاست که ما قادر به شناسایی رونوشتی نبودیم که 125 آمینو اسید (aa) YbjM ORF پیش‌بینی‌شده را رمزگذاری کند. در عوض، نورترن بلات و تجزیه و تحلیل گسترش آغازگر نشان داد که رونوشت grxA تنظیم شده با OxyR تقریباً 600 نوکلئوتید طول دارد و به سمت رشته مقابل ybjM گسترش می یابد. بررسی توالی آنتی سنس ybjM نشان داد که این رشته مخالف نیز یک ORF 81-aa را کد می کند (32).
(IV) ژن های احتمالی سرکوب شده با OxyR.
در مقایسه ژنهای القا شده توسط پراکسید هیدروژن در نوع وحشی و جهش ΔoxyR، تعدادی از ژنها، uxuA، ygaQ، ytfK، ydcH، ydeN و yaeH را که با شدت بیشتری در پس‌زمینه ΔoxyR القا میشوند، اشاره کردیم. OxyR هم یک فعال کننده و هم یک سرکوب کننده است. بنابراین، ممکن است OxyR این ژن ها را در پاسخ به استرس اکسیداتیو سرکوب کند. جستجوی محاسباتی ما یک محل اتصال OxyR را در موقعیت 4549044 بین uxuAB (رمزکننده هیدرولاز مانونات و اکسیدوردوکتاز مانونات) و ژن gntP واگرا (که یک گلوکونات پرماز ممکن را کد میکند) پیش‌بینی کرد. از آنجایی که uxuB و gntP در غیاب OxyR نیز نسبت های القایی بالاتری را نشان دادند، جالب است که حدس بزنیم که دو پروموتور واگرا توسط OxyR اکسید شده سرکوب می شوند. به طور مشابه، دو محل اتصال OxyR پیش بینی شده در موقعیت های 2784053 و 2784276 بین ygaQ و یک ژن واگرای احتمالی به نام b2653 وجود دارد، و هر دو ygaQ و b2653 نسبت القای بالاتری را در سویه جهش یافته ΔoxyR نشان دادند.
پاسخ های مستقل از OxyR
تعدادی از ژنهای شوک حرارتی (groEL، groES، grpE، dnaK، و htpG) از جمله ژن‌هایی که فعالیت‌های پروتئولیتیک را کد میکنند (clpA، clpB، clpX) بودند. و clpP). ژن های SOS (recA، recN، lexA و dinD)؛ ژن های متابولیسم سولفات و سیستئین (cysKAUPNDHJ و sbp)؛ ژن هایی که آنزیمهای چرخه اسید تری کربوکسیلیک (acnA و fumA) را مشخص می کنند. اپرون nrdHIEF که سنتز دومین سیستم ردوکتاز ریبونوکلئوتیدی را هدایت می کند. و ژن استرس جهانی uspA نیز تا حدی در هر دو سویه نوع وحشی و سویه جهش یافته القا شد. در مقابل، بیان بسیاری از ژنهای پروتئین ریبوزومی، ژنهای شوک سرد، ژنهای سنتاز ATP و ژنهای ناقل سرکوب شد.
(i) رگولون SoxRS.
رگولون SoxRS قبلاً گزارش شده بود که عمدتاً توسط ترکیبات مولد سوپراکسید القا می شود و نه توسط پراکسید هیدروژن. بنابراین، چندین عضو این رگولون مانند fpr (رمزکننده فردوکسین - فلاودوکسین ردوکتاز) و sodA (با نسبت القایی 8 و کدکننده سوپراکسید دیسموتاز منگنز)، و همچنین خود soxS، از جمله ژنهای هستند که به شدت توسط پراکسید هیدروژن 1 میلی‌مولار القا میشود (33).
(ii) اپرون isc.
خوشه ژن isc، yfhP (b2531)، iscS/yfhO (b2530)، iscU/yfhN (b2529)، iscA/yfhF (b2528)، hscB (b2527)، hscA (b2526)، fd25 (b25) و fd25 (b25) به دلیل نقش آن در تشکیل خوشه Fe-S و متابولیسم مرتبط با سیستئین مورد توجه قرار گرفته است. پروفایل بیان نشان داد که چهار ژن اول (yfhP، iscS، iscU، و iscA) در خوشه به طور متوسط در هر دو سویه نوع وحشی و سویه حذف oxyR القا میشوند. نسبت القایی برای چهار ژن آخر (hscB، hscA، fdx، و yfhJ) در خطای آزمایش بود، که نشان میدهد این چهار ژن القا نشده‌اند و به‌طور متفاوتی تنظیم میشوند. این نتیجه با گزارشی مطابقت دارد که ژنهای hscBA مستقل از ژنهای isc رونویسی میشوند. سنجش گسترش پرایمر نشان داد که القای اپرون isc توسط پراکسید هیدروژن و پاراکوات مستقل از هر دو OxyR و SoxRS بود. این سنجش‌ها همچنین اجازه میدهند که شروع رونویسی به یک باقیمانده G در موقعیت 2660219، 68 جفت باز در بالادست کدون شروع yfhP نگاشت شود (34).
(iii) القای ژن های دیگر.
در میان ژنهای دیگری که بیان آنها به‌شدت به
شیوه‌ای مستقل از OxyR القا شد، cysK بود که سیستئین سنتاز را کد میکند، که آخرین مرحله سنتز سیستئین را کاتالیز میکند. sbp و cysP، کد کننده پروتئین های اتصال سولفات پری پلاسمی. و dsdA، رمزگذاری دی-سرین دآمیناز. ما همچنین القای مختصری از ژنهای دیگر را در مسیر بیوسنتز سیستئین مشاهده کردیم. القای این ژن ها تلاش هماهنگ برای تجمع سیستئین بیشتر در پاسخ به درمان پراکسید هیدروژن را پیشنهاد می کند. دو ژن دیگر، tnaA و tnaL، که به روشی مستقل از OxyR القا شده بودند، در کاتابولیسم اسید آمینه نقش دارند. ژنهای ibpA و ibpB که پروتئینهای شوک حرارتی را کد میکنند نیز به شدت در هر دو سویه نوع وحشی و ΔoxyR القا شدند. القای مشاهده شده ژنهای کدکننده‌های چاپرون HSP20 در پاسخ به استرس اکسیداتیو با گزارش اخیر مطابقت داشت
که سویه‌های ibpA-، ibpB- و ibpAB-بیان بیش از حد، نه تنها به گرما، بلکه در برابر درمان پاراکوات نیز مقاوم هستند (35).
References
1. AlQuraishi MJCs. (2019). End-to-end differentiable learning of protein structure. 8(4):292-301. e3.
2. Bartlett AI, Radford SEJNs, biology m. (1009). An expanding arsenal of experimental methods yields an explosion of insights into protein folding mechanisms. 16(6):582-8.
3. Balchin D, Hayer-Hartl M, Hartl FUJS. (2016). In vivo aspects of protein folding and quality control. 353(6294):aac4354.
4. Liutkute M, Samatova E, Rodnina MVJB. (2020). Cotranslational folding of proteins on the ribosome.10(1):97.
5. Chaudhary R, Atamian HS, Shen Z, Briggs SP, (2014). Kaloshian IJPotNAoS. GroEL from the endosymbiont Buchnera aphidicola betrays the aphid by triggering plant defense. 111(24):8919-24.
6. Henderson B, Allan E, Coates ARJI. (2006).Immunity. Stress wars: the direct role of host and bacterial molecular chaperones in bacterial infection. 74(7):3693-706.
7. Hemmingsen SM, Woolford C, van der Vies SM, Tilly K, Dennis DT. (1988). Georgopoulos CP, et al. Homologous plant and bacterial proteins chaperone oligomeric protein assembly.333(6171):330-4.
8. Kaufman RJTiCB. (2004). A trip to the ER: coping with stress. 2004;14:20-8.
9. Rosenzweig R, Nillegoda NB, Mayer MP, Bukau BJNrmcb. The Hsp70 chaperone network. 2019;20(11):665-80.
10. Luengo TM, Kityk R, Mayer MP, Rüdiger SGJMc. Hsp90 breaks the deadlock of the Hsp70 chaperone system. 2018;70(3):545-52. e9.
11. Balchin D, Hayer‐Hartl M, Hartl FUJFl. (2020). Recent advances in understanding catalysis of protein folding by molecular chaperones. 594(17):2770-81.
12. Hayer-Hartl M, Bracher A. (2016). Hartl FUJTibs. The GroEL–GroES chaperonin machine: a nano-cage for protein folding. 41(1):62-76.
13. Cohen FE, Kelly JWJN.(2003). Therapeutic approaches to protein-misfolding diseases. 426(6968):905-9.
14. Schirmer EC, Glover JR, Singer MA. (1996). Lindquist SJTibs. HSP100/Clp proteins: a common mechanism explains diverse functions. 21(8):289-96.
15. Burrows JA, Willis LK. (2000). Perlmutter DHJPotNAoS. Chemical chaperones mediate increased secretion of mutant α1-antitrypsin (α1-AT) Z: a potential pharmacological strategy for prevention of liver injury and emphysema in α1-AT deficiency. 97(4):1796-801.
16. Yoshida H, Yoshizawa T, Shibasaki F. (2002). Kanazawa IJNod. Chemical chaperones reduce aggregate formation and cell death caused by the truncated Machado–Joseph disease gene product with an expanded polyglutamine stretch. 10(2):88-99.
17. Roncarati D, Scarlato VJFmr (2017). Regulation of heat-shock genes in bacteria: from signal sensing to gene expression output. 41(4):549-74.
18. Slamti L, Livny J, Waldor MKJJob. (2007). Global gene expression and phenotypic analysis of a Vibrio cholerae rpoH deletion mutant.189(2):351-62.
19. Kojima K, Nakamoto HJFl. (2007). A novel light-and heat-responsive regulation of the groE transcription in the absence of HrcA or CIRCE in cyanobacteria.581(9):1871-80.
20. Shapiro RS, Cowen LEJM.(2012). Thermal control of microbial development and virulence: molecular mechanisms of microbial temperature sensing. 3(5):10.1128/mbio. 00238-12.
21. Kortmann J, Narberhaus FJNrm. (2012). Bacterial RNA thermometers: molecular zippers and switches. 10(4): 255-65.
22. Waldminghaus T, Gaubig LC, Klinkert B, Narberhaus FJRb. (2009).The Escherichia coli ibpA thermometer is comprised of stable and unstable structural elements.6(4):455-63.
23. Dorman CJ, Corcoran CPJNAR. (2009). Bacterial DNA topology and infectious disease. 37(3):672-8.
24. Colonna B, Casalino M, Fradiani PA, Zagaglia C, Naitza S, Leoni L, et al.(1995). H-NS regulation of virulence gene expression in enteroinvasive Escherichia coli harboring the virulence plasmid integrated into the host chromosome. 177(16):4703-12.
25. Duong N, Osborne S, Bustamante VH, Tomljenovic AM, Puente JL, Coombes BKJJoBC. (2007). Thermosensing coordinates a cis-regulatory module for transcriptional activation of the intracellular virulence system in Salmonella enterica serovar Typhimurium. 282(47):34077-84.
26. Elsholz AK, Michalik S, Zühlke D, Hecker M. (2010). Gerth UJTEJ. CtsR, the Gram‐positive master regulator of protein quality control, feels the heat. 29(21):3621-9.
27. Servant P, Grandvalet C, Mazodier PJPotNAoS. (2000). The RheA repressor is the thermosensor of the HSP18 heat shock response in Streptomyces albus. 2000;97(7):3538-43.
28. Zheng M, Wang X, Templeton LJ, Smulski DR, LaRossa RA, Storz GJJob. DNA microarray-mediated transcriptional profiling of the Escherichia coli response to hydrogen peroxide. 2001;183(15):4562-70.
29. Bachmann BJJEc, cellular St, biology m. Derivations and genotypes of some mutant derivatives of Escherichia coli K‐12. 1996:2460.
30. Nachin L, El Hassouni M, Loiseau L, Expert D, Barras FJMm. SoxR‐dependent response to oxidative stress and virulence of Erwinia chrysanthemi: the key role of SufC, an orphan ABC ATPase. 2001;39(4):960-72.
31. Patzer SI, Hantke KJJob. SufS is a NifS-like protein, and SufD is necessary for stability of the [2Fe-2S] FhuF protein in Escherichia coli. 1999;181(10):3307-9.
32. Zheng M, Wang X, Doan B, Lewis KA, Schneider TD, Storz GJJob. Computation-directed identification of OxyR DNA binding sites in Escherichia coli. 2001;183(15):4571-9.
33. Nunoshiba T, Hidalgo E, Amabile Cuevas C, Demple BJJob. Two-stage control of an oxidative stress regulon: the Escherichia coli SoxR protein triggers redox-inducible expression of the soxS regulatory gene. 1992;174(19):6054-60.
34. Kambampati R, Lauhon CTJB. IscS is a sulfurtransferase for the in vitro biosynthesis of 4-thiouridine in Escherichia coli tRNA. 1999;38(50):16561-8.
35. Maki Y, Yoshida H, Wada AJGtc. Two proteins, YfiA and YhbH, associated with resting ribosomes in stationary phase Escherichia coli. 2000;5(12):965-74.
Chaperones, vital molecules in microbes
Kimia Golestanfar*1
Ph.D Student,Department of Microbiology, Faculty of Basic Siences, Shahrekord Branch, Islamic Azad University, Shahrekord, Iran 1*
*Corresponding author: : Golestanfark@gmail.com
Abstract
Molecular chaperones are highly conserved roteins that promote proper folding of other proteins inside the body. Diverse chaperone systems contribute to protein folding and translocation, assembly of oligomeric complexes, and recovery from stress-induced unfolding. A fundamental function of molecular chaperones is to inhibit nonproductive protein interactions by recognizing and protecting hydrophobic surfaces that are exposed during folding or following proteotoxic stress. Therefore, chaperones are of special importance in cellular systems, which are discussed in this review article about these molecules and their mechanisms of action. Also, changes in gene expression in oxidative conditions in bacteria will be discussed in order to tolerate environmental conditions.
Keywords: Chaperone, folding, temperature stress
