1.8 RpoS глобальный регулятор системы ответа на стресс

Одним из последствий голодания по источнику углерода и переходу в стационарную фазу является активация глобальной системы ответа на различные стрессы, регулятором которой является альтернативная -субъединица РНК-полимеразы RpoS (^S или ³⁸) (Yildiz et. al, 1998). Под контролем RpoS находится около 50 регулонов. Среди кодируемых ими продуктов белки контроля клеточного цикла, синтеза и расходования запасных веществ (гликогена, трегалозы, полифосфатов), защиты от стрессов (теплового, осмотического, окислительного). Специфические сигналы и стрессовые условия приводят к активации сигма-фактора. Будучи глобальными регуляторами, сигма факторы, как правило, не детектируют изменение условий сами, а полагаются в этом на другие белки. Сигма-факторы обычно являются конечным либо (реже) промежуточным звеном какого-либо регуляторного каскада. Именно поэтому сигма-факторы обычно сами подвержены регуляции, причем осуществляться она может на транскрипционном, трансляционном и посттрансляционном уровнях.

У E. coli важнейшим сигма-фактором является σ^s, продукт гена rpoS. Считается, что присутствии σ^s является свидетельством так называемого «общего стрессового ответа». Этот ответ наблюдается, когда клетка сталкивается с рядом стрессовых ситуаций, видимым признаком чего является снижение скорости роста вплоть до вхождения в стационарную фазу. У E.coli rpoS-зависимая регуляция приурочена не только к стационарной фазе роста. Она также имеет место во время экспоненциального роста и необходима для регуляции генов осмопротекторов и генов клеточного деления ftsQAZ-оперона (Garcia-Lara et. al, 1996; Hengge-Aronis, 1996). Мутант E. caratovora subsp. carotovora по гену rpoS более чувствителен к осмотическому и окислительному стрессу по сравнению с диким типом. В то время как мутант по гену expM, который синтезирует RpoS в экспоненциальной стадии роста в избытке, обладает повышенной устойчивостью.

Сигма-фактор rpoS РНК-полимеразы требуется для проявления вирулентности бактерий рода сальмонелла. Было показано, что белок RpoS накапливается при росте Salmonella typhimurium в среде с низкой концентрацией Mg²⁺. Ионы Mg²⁺ выступают в качестве лиганда, взаимодействуя с PhoQ и изменяя конформацию двухкомпонентной системы PhoP-PhoQ, что приводит к ее активации (Adam et. al, 2002). Данная система контролирует синтез rpoS белка, выступая в качестве транскрипционного активатора iraP (yaiB) гена, который кодирует продукт, повышающий стабильность и взаимодействие rpoS с RssB (белок, обеспечивающий доставку rpoS к АТФ-зависимой ClpXP протеазе) (рис. 1). Инактивация phoP или rpoS генов приводит к появлению штаммов с низкой вирулентностью (Xuanlin Tu, 2006).

Рисунок 1. Механизм активации двухкомпонентной системы PhoP-PhoQ, приводящий к накоплению RpoS белка.

Адаптация патогена к внутриклеточной среде клеток-хозяев имеет решающее значение для распространения инфекции. Salmonella typhimurium способна эффективно проникать в кишечный эпителий и распространятся в глубокие ткани. Бактерии могут размножаться в мембраносвязанных вакуолях эпителия и клетках-макрофагах. Этот процесс инициируется в течение 4 – 6 часов после заражения и заканчивается на стадии, на которой вакуоль, содержащая быстрорастущие бактерии, полностью заполняет цитозоль клетки-хозяина. Для характеристики этого явления исследовали возможность того, что патоген сам по себе может способствовать ослаблению внутриклеточного роста. При введении мутантов Salmonella typhimurium PhoP^–, PhoQ^– в клетки фибробластов крысы, бактерии отличались повышенной внутриклеточной скоростью распространения. Внутриклеточный темп роста бактерий был в 20 – 30 раз выше, чем у штамма дикого типа. Этот результат показал, что PhoP-PhoQ система оказывает регуляторную функцию, необходимую для предотвращения избыточного бактериального роста в фибробластах (David, 2001).