Ruolo di polinucleotide fosforilasi e proteina ribosomale S1 nel controllo della stabilità dell'mRNA in Escherichia coli
Progetto La regolazione della stabilità e traducibilità dell'mRNA è un passaggio importante, sebbene non completamente chiarito, nel controllo post-trascrizionale dell'espressione genica. Abbiamo recentemente scoperto che l'iperespressione della proteina ribosomale S1 (una proteina ribosomale "anomala" che ha un ruolo non del tutto compreso in traduzione, trascrizione e stabilità dell'RNA) porta ad inibizione della sintesi proteica e a notevole stabilizzazione di alcuni mRNA interi in Escherichia coli. Sorprendentemente, tale stabilizzazione richiede la polinucleotide fosforilasi (PNPasi), un'esoribonucleasi fosforolitica (1). Un fenomeno simile è già stato osservato nella fase di acclimatazione al freddo, laddove una classe numerosa di mRNA, probabilmente non tradotti efficientemente, sono stabilizzati in un ceppo selvatico, ma non in mutanti con PNPasi difettiva. Questo suggerisce che la stabilizzazione PNPasi-dipendente (PNPase Dependent Stabilization, PDS) rappresenti una strategia regolativa per modulare l'espressione genica in risposta a fluttuazioni fisiologiche dell'efficienza traduzionale di singoli mRNA. Il significato di questo fenomeno potrebbe essere quello di preservare una frazione di mRNA interi da usare quando l'inibizione traduzionale sarà alleviata.
Proponiamo quindi di verificare innanzitutto se la PDS indotta da sovraespressione di S1 in E. coli e quella indotta da freddo condividano un meccanismo comune, investigando se S1 sia direttamente implicata in tale processo al freddo. A tale scopo analizzeremo in fase di acclimatazione al freddo la stabilità di un pannello di mRNA sensibili alla PDS in condizioni di deplezione o di iperespressione di S1.
A prescindere dai risultati di questi esperimenti, la PDS in seguito a stress traduzionale può essere usata come strumento per studiare le interazioni tra PNPasi, proteina ribosomale S1, mRNA e ribosomi. Una prima domanda a cui rispondere è se la PDS richieda specifiche sequenze o strutture dell'mRNA. In particolare, il coinvolgimento della 3'-UTR sarà saggiato per stabilire se un terminatore Rho-indipendente e/o la poliadenilazione siano caratteristiche necessarie per avere PDS. Trascritti terminati a siti Rho-indipendenti o Rho-dipendenti saranno analizzati in ceppi selvatici e difettivi per la poliadenilpolimerasi o per la proteina Hfq, una RNA chaperon che gioca un ruolo importante nella regolazione post-trascrizionale.
Questa ricerca potrà contribuire alla comprensione della funzione di S1, una proteina ribosomale atipica e ancora per molti aspetti misteriosa, e a chiarire le connessioni tra i meccanismi che regolano traduzione e degradazione dell'mRNA.
1. Briani et al. Polynucleotide phosphorylase hinders mRNA degradation upon translational stress induced by ribosomal protein S1 in Escherichia coli. Manoscritto inviato per la pubblicazione.