黃 義, 張 維, 燕永亮

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所, 北京 100081

RNA是由核糖核苷酸經(jīng)磷酸二酯鍵縮合而成的長鏈分子，主要功能是實現(xiàn)遺傳信息(DNA)在功能執(zhí)行者(蛋白質(zhì))上的表達(dá)，是遺傳信息向表型轉(zhuǎn)化過程中的橋梁。RNA為單鏈分子，極不穩(wěn)定，易降解。鑒于RNA分子在生命過程中的重要作用，其在胞內(nèi)的動態(tài)平衡(合成及降解)受到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)控[1]。在所有已知物種中，RNA降解是普遍存在的生命活動。細(xì)胞在RNA失去利用價值后就會將其降解，參與RNA加工、降解的酶和輔因子的種類較多，且大多數(shù)為多功能的。這意味著可能存在一些具有雙重功能的單體酶，這些酶不僅能夠?qū)μ囟≧NA前體進(jìn)行精確加工，還可非特異性地降解其他RNA，此類具有功能多樣性的酶被命名為核糖核酸酶，而核糖核酸酶所具有的這種功能多樣性是其與異常RNA或RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物特異性識別并結(jié)合的重要基礎(chǔ)[2]。

胞內(nèi)RNA降解酶系主要分為3類：從內(nèi)部切割的內(nèi)切核酸酶和分別從5′端、3′端水解的5′外切核酸酶、3′外切核酸酶。關(guān)于內(nèi)切核酸酶和3′外切核酸酶的研究較多，而5′外切核酸酶最初被認(rèn)為在細(xì)菌中不存在，但后來有研究發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌中RNase J1可通過其3′外切核酸酶活性催化16S RNA 5′端的成熟[3]。在真核生物和原核生物的基因組中均含有多種RNA酶的編碼基因，且這些RNA酶的功能存在交叉，因此，一般情況下，單個RNA降解酶的突變不會造成RNA代謝的紊亂。這預(yù)示著多種RNase可識別相同的靶標(biāo)RNA，而這種冗余可能加強(qiáng)了降解途徑的全局效率和穩(wěn)定性。

RNA降解體是細(xì)菌主要的RNA降解機(jī)器，影響著大部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的半衰期。RNA降解體是一種多亞基的蛋白質(zhì)復(fù)合物，主要由RNA解螺旋酶、PNPase、RNase E和糖酵解途徑中的烯醇化酶(enolase)和磷酸果糖激酶等組成，參與rRNA的加工以及mRNA的降解。這種多酶復(fù)合體的形成有利于實現(xiàn)降解過程的高效性和可調(diào)控性。研究表明，RNA分子伴侶蛋白Hfq能夠協(xié)助RNA降解體進(jìn)行對靶標(biāo)RNA的剪切，而與靶標(biāo)RNA同源的具有調(diào)控功能的sRNA可起到識別靶標(biāo)RNA的作用[4]。Hfq蛋白廣泛存在于細(xì)菌中，最早是在大腸桿菌(Escherichiacoli)Qβ噬菌體的RNA復(fù)制過程中作為必需的宿主因子而被發(fā)現(xiàn)的。細(xì)菌Hfq蛋白雖未被視作RNA降解體的組分之一，這可能是由于其具有全局性調(diào)控作用，但其在細(xì)菌RNA穩(wěn)定性調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。而細(xì)菌非編碼sRNA是近年來在原核生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的長度在40～500 bp的RNA。sRNA不能編碼蛋白質(zhì)，但可在Hfq協(xié)助下與mRNA結(jié)合，從而影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯，進(jìn)而調(diào)控生命活動。

細(xì)菌中基因表達(dá)調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后等多個水平，包括轉(zhuǎn)錄起始、RNA加工、RNA-RNA相互作用、mRNA降解和翻譯控制等。與轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控相比，RNA的代謝調(diào)控屬于轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，這種精細(xì)的調(diào)控模式對菌體快速響應(yīng)外界環(huán)境變化及營養(yǎng)逆境進(jìn)而優(yōu)化代謝調(diào)控具有重要意義。因而，本文綜述了細(xì)菌RNA穩(wěn)定性調(diào)控相關(guān)功能元件，特別是降解體蛋白及RNA分子伴侶Hfq的最新進(jìn)展，以期為研究細(xì)菌RNA穩(wěn)定性及其參與的代謝調(diào)控提供理論參考。

1 RNA降解體

RNA降解體是一種多蛋白復(fù)合體，其主要組分包括RNase E、PNPase和RNA解螺旋酶，有研究表明一些糖酵解酶也參與到降解體組裝中，但具體機(jī)制未知[5]。RNA降解體廣泛存在于整個變形菌門中，但迫于對不同生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)，RNA降解體的組裝成分又具有一定程度的差異性。

1.1 RNA解螺旋酶

在RNA降解體中，RNase E和PNPase單獨行使功能時對RNA僅有有限的降解活性，而RNA解螺旋酶的主要功能是催化雙鏈RNA的解鏈，且單鏈RNA更利于RNA降解體對其進(jìn)行高效快速的降解。根據(jù)所含基序和三級結(jié)構(gòu)的不同，解螺旋酶可細(xì)分為6個蛋白超家族，絕大多數(shù)RNA解螺旋酶屬于2號蛋白超家族，而這其中絕大部分又屬于“DEAD盒”家族，“D-E-A-D”代表連續(xù)4個氨基酸殘基“天冬氨酸-谷氨酸-丙氨酸-天冬氨酸”?！癉EAD盒”家族蛋白的核心由一個類似于單鏈DNA結(jié)合蛋白RecA的重復(fù)結(jié)構(gòu)組成，N端RecA樣結(jié)構(gòu)域包含7個關(guān)鍵的保守基序(I、Ia、Ib、II、III、Q和GG)，這些基序在解旋酶家族中較為保守；C端RecA樣結(jié)構(gòu)域包含4個基序(IV、V、VI和QxxR)。RNA解旋酶晶體學(xué)研究發(fā)現(xiàn)上述基序?qū)τ谛纬蓮?fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)具有重要作用，包括與ATP和雙鏈RNA的結(jié)合、構(gòu)成催化活性位點以及結(jié)構(gòu)域間的信號傳遞[6]?！癉EAD盒”或其相近的變體序列能夠利用ATP結(jié)合和水解釋放的自由能[7]。“DEAD盒”RNA解旋酶在體外并無底物特異性，在體內(nèi)主要以大分子復(fù)合物的形式存在，如剪切體和降解體。然而，有一些“DEAD盒”RNA解旋酶在體內(nèi)和體外都能夠非特異性地介導(dǎo)RNA解鏈，這表明其具有促進(jìn)RNA重排的功能，如來自釀酒酵母的DED1蛋白和來自人的p68與p72蛋白[8,9]。作為“DEAD盒”家族的成員，大腸桿菌RNA解旋酶B(RNA helicase B，RhlB)包含結(jié)構(gòu)保守的ATP酶(ATPase)結(jié)構(gòu)域，“DEAD盒”即位于此結(jié)構(gòu)域內(nèi)。RhlB能夠以單體的形式行使功能[10]；也有研究提出RhlB以“inchworm stepping”模型行使功能，該模型指出，伴隨著ATP水解釋放能量，雙鏈RNA隨著2個結(jié)合位點親和力的變換在2個位點連續(xù)轉(zhuǎn)移[11]。此外， RhlB可協(xié)助PNPase降解雙鏈RNA，不僅如此，RNA降解體必要元件的重構(gòu)實驗闡明，RhlB還可協(xié)助PNPase介導(dǎo)包含基因外重復(fù)回文序列的轉(zhuǎn)錄物的降解[11]。

1.2 聚核苷酸磷酸化酶(PNPase)

PNPase具有3′外切核酸酶活性，但與其他3′外切核酸酶的催化機(jī)制不同，PNPase通過磷酸降解(phosphorolytic)的機(jī)制降解RNA。PNPase具有廣泛的保守性，在革蘭氏陽性菌和陰性菌的RNA降解中發(fā)揮著重要作用。不僅如此，PNPase還參與RNA的成熟以及錯誤加工RNA的清除。PNPase通過一個復(fù)雜的機(jī)制在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控自身的表達(dá)，此機(jī)制包括內(nèi)切核酸酶RNase Ⅲ和翻譯控制。PNPase還可作為反式RNA聚合酶，參與RNA 3′末端多聚尾巴的合成，外加的堿基主要是A，可能因為其在細(xì)胞中含量最為豐富。一個合理的進(jìn)化上的解釋是最初的RNA降解最先被多聚的尾巴激活，進(jìn)化過程中產(chǎn)生了RNA poly(A)聚合酶，從而使大腸桿菌RNA降解過程中PNPase的外切酶活性保留了下來。不同菌株P(guān)NPase功能的缺陷均顯示出受到多方面的影響，進(jìn)而擾亂了遺傳信息的正常傳遞，導(dǎo)致全局基因表達(dá)的劇烈改變，如生物膜形成、次優(yōu)溫度下的生長和毒力。PNPase還能夠降解一些sRNA和microRNA，造成基因表達(dá)的變化[12,13]。大腸桿菌PNPase是一個三聚體復(fù)合物，每一個PNPase上位于N端的催化核心包含2個RNase PH樣結(jié)構(gòu)域，這2個結(jié)構(gòu)域被1個α-螺旋隔開，三者形成的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)即作為三聚體反應(yīng)的場所，催化活性位點就位于此中央通道內(nèi)[14]；C端具有1個KH家族保守核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域和1個S1家族保守核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域，它們共同組成了供RNA分子進(jìn)入催化活性位點的入口。RNA接近這2個結(jié)構(gòu)域，然后線性的RNA分子通過直徑約14 ?的中央孔(僅允許單鏈RNA通過)，并與其中1個活性位點相互作用；RNA 3′端的磷酸二酯鍵在此處被1個磷酸分子攻擊，進(jìn)而被剪切下來，單鏈RNA以3′→5′的方向逐漸被降解。體外實驗證實S1、KH結(jié)構(gòu)域和催化活性位點在底物捕獲中起關(guān)鍵作用，Carzaniga等[15]發(fā)現(xiàn)PNPase的S1結(jié)構(gòu)域通過結(jié)合5′非翻譯區(qū)(5′-untranslated region，5′-UTR)抑制自身翻譯，實現(xiàn)PNPase的自我調(diào)節(jié)。然而，大腸桿菌PNPase還具有穩(wěn)定某些sRNA的功能，似乎與其作為一個降解性核酸外切酶的結(jié)論相對立，如PNPase編碼基因pnp的刪除可造成部分sRNA(如CyaR和RyhB)的穩(wěn)定性下降[16]。

1.3 內(nèi)切核酸酶(RNase E)

RNase是一種催化RNA降解為小片段的核酸酶。根據(jù)在靶標(biāo)RNA上的起始作用位點分類，RNase可被分為內(nèi)切酶和外切酶；根據(jù)作用機(jī)制的不同，RNase又可被分為水解類酶和磷酸解類酶。所有已知的生物都包含以上4種類型的酶，這表明RNA降解是一個在初級生命形式形成時就已經(jīng)存在的過程。在清除不再需要的細(xì)胞RNA的同時，RNase在所有類型RNA分子的成熟過程中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

RNase E是一種廣泛存在于細(xì)菌中的內(nèi)切核酸酶，參與9S-5S rRNA的成熟和大部分RNA的降解，從單鏈RNA富含A堿基或U堿基的序列內(nèi)部進(jìn)行特異性剪切。大腸桿菌RNase E有2個主要結(jié)構(gòu)域：N端核酸酶結(jié)構(gòu)域和C端“腳手架”結(jié)構(gòu)域，供其他降解體組分進(jìn)行組裝。其N端具有內(nèi)切核酸酶活性，而C端除了6個微小結(jié)構(gòu)域，主要為固有無序結(jié)構(gòu)[17]。RNase E的C端序列整體保守性不高，但某些局部序列保守性卻較高。這些保守的微小結(jié)構(gòu)域大小為20～70個氨基酸殘基，其上具有供RNA降解體其他組分、RNA底物和細(xì)胞膜結(jié)合的位點[18]。C端第一個微小結(jié)構(gòu)域是膜靶向序列，形成的親脂性的螺旋可與質(zhì)膜相互作用，之后的結(jié)構(gòu)域分別依次負(fù)責(zé)與RNA、RhlB、RNA、烯醇化酶和PNPase的結(jié)合(圖1)[19]。

圖1 大腸桿菌RNase E的活性結(jié)合位點示意圖[19]Fig.1 Schematic representation of active binding sites of E. coli RNase E[19].注：RBD、AR2均為與RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。

在可能參與sRNA加工和循環(huán)的核酸酶中，細(xì)胞所必需的且保守的RNase E可能居于中心位置。一旦RNase E失活，大腸桿菌胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄物積累，故而推測RNase E可驅(qū)動大部分mRNA的降解；沙門氏菌RNase E還參與mRNA 3′端sRNA(CpxQ和SroC)的成熟[20,21]。在Hfq不存在或sRNA與mRNA堿基互補(bǔ)配對的情況下，RNase E能夠降解sRNA[22]。相反的，一些sRNA通過掩蔽mRNA上的RNase E敏感位點以激活基因的表達(dá)[23]。此外，RNase E還參與到rRNA前體和轉(zhuǎn)運RNA(transfer RNA，tRNA)前體的加工與成熟中[24,25]。盡管RNase E在基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中有如此重要的作用，其對于大部分sRNA的調(diào)節(jié)作用仍未知。較早的研究總結(jié)了RNase E在一些模式轉(zhuǎn)錄物中的剪切位點，發(fā)現(xiàn)單鏈RNA的富含AU堿基(AU-rich elements，AREs)序列對RNase E最為敏感[26]。對鼠傷寒沙門氏菌基因組水平的內(nèi)切酶剪切位點的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)RNase E可剪切的最小共有序列為2 nt尿苷酸，此外，RNase E通過剪切編碼或非編碼RNA的3′末端，釋放出穩(wěn)定的能與Hfq結(jié)合的RNA片段，表明sRNA的成熟也需要內(nèi)切核酸酶的加工[27]。

2 分子伴侶Hfq

Hfq蛋白是一種輔助因子，可作為分子伴侶促進(jìn)RNA-RNA、RNA-蛋白質(zhì)的互作，從而調(diào)控多種RNA降解。Hfq復(fù)合物對大量調(diào)控sRNA功能的行使是必需的。Hfq通過多種機(jī)制實現(xiàn)其多效性，大腸桿菌hfq敲除突變株可產(chǎn)生多種與脅迫相關(guān)的表型[28]。Hfq可與調(diào)控sRNA互作，協(xié)助sRNA互補(bǔ)鏈與靶標(biāo)互作；可獨自行使調(diào)節(jié)mRNA降解和抑制mRNA翻譯的功能；還可特異性地與RNA的5′-AANAANAA-3′基序結(jié)合。此外，還有大量的RNA結(jié)合蛋白可在多種RNA降解途徑中起作用，這些蛋白質(zhì)具有不同程度的序列特異性。

據(jù)估計，胞內(nèi)Hfq六聚體的數(shù)量約為400～10 000個，且大部分情況下Hfq在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量變化不大[29]。Hfq蛋白單分子軌跡監(jiān)控實驗顯示Hfq蛋白在胞內(nèi)有3個明顯不同的擴(kuò)散常數(shù)，預(yù)示Hfq在胞內(nèi)的3種狀態(tài)：游離態(tài)、與RNA或蛋白質(zhì)結(jié)合和與正在轉(zhuǎn)錄的RNA結(jié)合(即與轉(zhuǎn)錄機(jī)器結(jié)合)[30]。Sagawa等[31]運用單分子熒光原位雜交和超分辨率顯微鏡證實sRNA與mRNA堿基互補(bǔ)配對的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二者的解離速率，最大限度的sRNA依賴性調(diào)控發(fā)生在特定的Hfq濃度下，此濃度隨sRNA-mRNA數(shù)量的變化而變化，Hfq濃度過高或過低都會影響sRNA的活性。

2.1 與sRNA或mRNA結(jié)合

Hfq蛋白由近端表面、遠(yuǎn)端表面、邊緣區(qū)域和C端尾巴4個主要的可溶性區(qū)域組成，各自擁有獨特的結(jié)構(gòu)和靜電表面，而且在不同的物種中變化較大[28]。較早的金黃色葡萄球菌Hfq蛋白和短寡核苷酸復(fù)合物晶體的結(jié)構(gòu)分析顯示近端表面可與poly(U)序列結(jié)合，使尿嘧啶堆疊在中央孔周圍相鄰單體之間的孔隙中[32]。大腸桿菌中相似的研究揭示遠(yuǎn)端表面結(jié)合A-rich寡核苷酸序列，每個Hfq亞單位結(jié)合3個核苷酸[33]。這些三聯(lián)體序列被定義為A-R-N基序，其中腺苷酸(A位)和嘌呤核苷酸(R位)堆疊在可溶性口袋，第3個核苷酸(A位)不與蛋白質(zhì)接觸。邊緣區(qū)域和C端尾巴也有助于RNA的結(jié)合，且這些結(jié)合位點與sRNA、mRNA的結(jié)合模式具有多樣性[34]。

細(xì)菌中存在一種由sRNA與mRNA通過堿基互補(bǔ)配對以掩蔽mRNA上的核糖體結(jié)合位點進(jìn)而抑制靶標(biāo)基因翻譯的典型機(jī)制，該機(jī)制中sRNA是直接的調(diào)節(jié)因子，Hfq蛋白起到穩(wěn)定sRNA的輔助作用。部分糖類轉(zhuǎn)運子的轉(zhuǎn)錄后翻譯調(diào)控過程就存在一個這樣的抑制作用，胞內(nèi)過量的磷酸化糖類中間代謝物及其不能進(jìn)一步代謝的衍生物具有生長抑制作用。而胞內(nèi)過量的磷酸化糖類物質(zhì)可激活sRNA SgrS的表達(dá)，SgrS能夠與甘露糖轉(zhuǎn)運子基因manXmRNA起始密碼子下游20 nt后的一段14 nt的序列通過堿基互補(bǔ)配對而結(jié)合。此外，Hfq依賴性sRNA DicF的表達(dá)也可通過未知機(jī)制被激活，DicF也能夠與manXmRNA結(jié)合，而DicF產(chǎn)生于對操縱子基因dicBF3′端的加工過程，該過程需要RNase Ⅲ和RNase E的參與。DicF與manXmRNA的結(jié)合位點相比于SgrS更加遠(yuǎn)離manXmRNA的起始密碼子。Azam等[35]通過足跡法、引物延伸法和凝膠阻滯實驗證實，Hfq蛋白是甘露糖轉(zhuǎn)運子基因manXmRNA的翻譯過程的直接抑制子，而不是上述2個sRNA(SgrS、DicF)，Hfq蛋白與manXmRNA核糖體結(jié)合位點臨近序列的結(jié)合對于這2個sRNA介導(dǎo)的翻譯抑制作用是必需的。這種結(jié)合導(dǎo)致核糖體30S亞基無法識別并結(jié)合manXmRNA起始密碼子上游的核糖體結(jié)合位點，甘露糖利用終止。sRNA在這個過程中可能起到2個方面的輔助作用：招募Hfq與靶標(biāo)mRNA結(jié)合，因為有大量研究表明Hfq在胞內(nèi)的含量是基本恒定的；穩(wěn)定mRNA-Hfq復(fù)合物以增強(qiáng)這種結(jié)合的抑制效應(yīng)。

2.2 促進(jìn)sRNA與mRNA互作

Hfq蛋白促進(jìn)sRNA和mRNA的堿基互補(bǔ)配對，并為sRNA和mRNA進(jìn)行快速信息傳遞提供了場所[4]。具體來講，Hfq影響了其中的多個步驟：改變RNA結(jié)構(gòu)[28]；促使mRNA暴露堿基配對區(qū)域，進(jìn)而與sRNA的結(jié)合[36]；中和RNA間的負(fù)電荷；刺激第一個堿基配對；協(xié)助RNA分子間進(jìn)一步的退火。Hfq的邊緣結(jié)構(gòu)域在上述過程中起著至關(guān)重要的作用[29]。

Schulz等[37]通過解析Hfq-RNA復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)提出了Hfq蛋白通過促進(jìn)脅迫響應(yīng)調(diào)節(jié)sRNA與其靶標(biāo)轉(zhuǎn)錄因子編碼基因fhlAmRNA相互作用的分子機(jī)制，該機(jī)制認(rèn)為Hfq蛋白分別與抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)蛋白編碼基因oxyRmRNA和fhlAmRNA的(ARN)X基序結(jié)合(其中A代表腺嘌呤核苷酸；R代表腺嘌呤或鳥嘌呤核苷酸，多數(shù)情況下為腺嘌呤核苷酸；N代表任意核苷酸)，使該基序中的N堿基由于受到其他核苷酸殘基擠壓而突出，sRNA與mRNA的N堿基由于堿基堆積力而發(fā)生相互作用，進(jìn)而使sRNA與mRNA間堿基互補(bǔ)配對序列(圖中綠色序列)發(fā)生退火而結(jié)合(圖2)。這些RNA分子在20 nt的核苷酸序列范圍內(nèi)至少存在4個“ARN”基序。大腸桿菌中包含1個(ARN)X基序的已鑒定RNA有4.5S、GcvB、GlmZ、MgrR、MicC、MicM、OhsC和OxyS等17個，包含2個(ARN)X基序的RNA有CsrB、RNase P、RyeG、RyfA和RydF，包含4個(ARN)X基序的RNA有CsrC、RyeA和tmRNA。目前尚未發(fā)現(xiàn)包含3個或4個以上(ARN)X基序的RNA，但大部分RNA是否能與Hfq結(jié)合仍有待實驗證實。

3 具有調(diào)控功能的非編碼RNA

細(xì)菌中具有調(diào)控功能的非編碼RNA，又叫做小RNA(sRNA)，長度大約在50～500 nt，通過自身局部序列的堿基互補(bǔ)配對形成多個莖環(huán)結(jié)構(gòu)。

圖2 Hfq蛋白在(ARN)X介導(dǎo)的sRNA-mRNA堿基互補(bǔ)配對中的作用[37]Fig.2 Role of Hfq in (ARN)X motifs mediated sRNA-mRNA pairing[37].

目前，在細(xì)菌中已鑒定的sRNA中的大部分可以獨立正向或反向改變靶標(biāo)RNA的翻譯。不同的sRNA功能上相互影響，可被poly(A)激活并降解。因此，細(xì)菌調(diào)控sRNA與真核生物調(diào)控mRNA翻譯的內(nèi)源性miRNAs功能相似。在大腸桿菌及與其同屬的致病菌中，sRNA并不與其靶標(biāo)mRNA完全堿基互補(bǔ)配對，且這種相互作用通常需要分子伴侶Hfq的協(xié)助，Hfq在這里起到的作用是穩(wěn)定sRNA和協(xié)助配對[34]。不同sRNA與相應(yīng)靶標(biāo)mRNA相互作用對基因的表達(dá)可以起到完全相反的效果，即提高mRNA穩(wěn)定性、增強(qiáng)翻譯效率，或加速mRNA降解、阻止翻譯。細(xì)菌中大部分sRNA以一種間接的方式影響mRNA的半衰期進(jìn)而影響翻譯，然而，最近的研究顯示sRNA可以通過招募或干擾“降解機(jī)器”直接影響mRNA的穩(wěn)定性，而不影響翻譯[38]。如sRNA(MicC)、mRNA(ompD)和Hfq形成的三元復(fù)合物可以招募RNase E至mRNA的開放閱讀框(open reading frame，ORF)，在不影響RhlB和烯醇化酶與RNase E結(jié)合的同時，sRNA-Hfq復(fù)合物通過sRNA與RNase E的C端的識別核心區(qū)域相互作用而結(jié)合，這個識別并結(jié)合的過程需要多個步驟來完成。在這個模型中，sRNA的5′端單磷酸基團(tuán)與RNase E的感應(yīng)結(jié)構(gòu)域結(jié)合進(jìn)而激活其直接催化靶標(biāo)mRNA降解的結(jié)構(gòu)域[39](圖3，彩圖見圖版一)。而sRNA RydC可通過與mRNA核糖體結(jié)合位點上游5′-非翻譯區(qū)堿基配對增加cfamRNA的穩(wěn)定性，進(jìn)而掩蔽RNase E的作用位點[40]。

圖3 sRNA引發(fā)的RNA降解體對靶標(biāo)mRNA降解的模型預(yù)測[16,36]Fig.3 Prediction model for sRNA-induced degradation of target mRNA by the RNA degradosome[16,36].(彩圖見圖版一)

4 展望

幾乎所有已研究的物種均具有多樣的、甚至是冗余的RNA降解系統(tǒng)，在清除缺陷或無用的RNA和RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物時，這些系統(tǒng)共同發(fā)揮作用，顯示出巨大的效能。比較公認(rèn)的觀點是，盡管RNA降解途徑具有多樣性和復(fù)雜性，不同種屬細(xì)菌RNA降解仍存在許多相似點，這表明了其重要性。細(xì)菌的RNA降解具有極高的效率，可能是由于各種sRNA在DNA結(jié)構(gòu)、翻譯和mRNA穩(wěn)定性等環(huán)節(jié)對基因表達(dá)的調(diào)控。因此，生物體完備的RNA降解體系對于防止sRNA片段的累積，特別是高表達(dá)sRNA片段，具有重要意義。當(dāng)降解活性不存在時，RNA的累積可能會通過形成RNA-DNA雜交鏈更加直接地干擾DNA的復(fù)制等其他生理活性。此外，RNA的累積可能會封閉同源或非同源RNA結(jié)合蛋白，特異性蛋白的豐度會因此降低，而不同RNA結(jié)合因子的相對豐度的變化則會對細(xì)胞產(chǎn)生巨大影響。

目前對于RNA降解體的研究主要集中于不同物種RNA降解體的結(jié)構(gòu)組成與功能，以及RNA降解體發(fā)揮作用所必需的輔因子，如分子伴侶蛋白Hfq和具有調(diào)控功能的非編碼sRNA，現(xiàn)已提出了這些輔因子的作用機(jī)制模型，但目前對于RNA降解體組裝機(jī)制的研究尚不完整，而且對于其上游的調(diào)控信號與信號響應(yīng)機(jī)制的掌握更是不足。后續(xù)的研究重點有以下3個方面：進(jìn)一步確定糖酵解途徑中的烯醇化酶和磷酸果糖激酶是否為RNA降解體組裝或功能發(fā)揮所必需的元件；RNA降解體對RNA的降解受到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)控，探究這種調(diào)控作用發(fā)生于或主要發(fā)生于何種水平(轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平)；明確主要的調(diào)控蛋白以及調(diào)控通路的分子機(jī)制。