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Sep 13, 2023

Uma enzima de modificação de RNA detecta diretamente espécies reativas de oxigênio para regulação translacional em Enterococcus faecalis

Nature Communications volume 14, número do artigo: 4093 (2023) Citar este artigo 4212 Acessos 106 Detalhes de métricas altmétricas As bactérias possuem sistemas elaborados para gerenciar oxigênio e nitrogênio reativos

Nature Communications volume 14, número do artigo: 4093 (2023) Citar este artigo

4212 Acessos

106 Altmétrico

Detalhes das métricas

As bactérias possuem sistemas elaborados para gerenciar espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (ROS) decorrentes da exposição ao sistema imunológico dos mamíferos e de estresses ambientais. Aqui relatamos a descoberta de uma enzima modificadora de RNA com detecção de ROS que regula a tradução de proteínas de resposta ao estresse no patógeno comensal e oportunista intestinal Enterococcus faecalis. Analisamos o epitranscriptoma de tRNA de E. faecalis em resposta a espécies reativas de oxigênio (ROS) ou doses subletais de antibióticos indutores de ERO e identificamos grandes diminuições na N2-metiladenosina (m2A) tanto no RNA ribossômico 23S quanto no RNA de transferência. Determinamos que isso se deve à inativação mediada por ROS da metiltransferase contendo cluster Fe-S, RlmN. O nocaute genético de RlmN dá origem a um proteoma que imita a resposta ao estresse oxidativo, com aumento nos níveis de superóxido dismutase e diminuição nas proteínas de virulência. Embora as modificações do tRNA tenham sido estabelecidas como dinâmicas para o ajuste fino da tradução, aqui relatamos a descoberta de uma modificação do rRNA regulada dinamicamente e ambientalmente responsiva. Esses estudos levam a um modelo no qual o RlmN serve como um interruptor molecular sensível ao redox, retransmitindo diretamente o estresse oxidativo para modular a tradução através do rRNA e do epitranscriptoma do tRNA, adicionando um paradigma diferente no qual as modificações do RNA podem regular diretamente o proteoma.

Espécies reativas de oxigênio (ROS), como superóxido (O2−) e peróxido de hidrogênio (H2O2), desempenham papéis fundamentais na formação da evolução bacteriana1. As bactérias são expostas a ROS de uma variedade de fontes, endogenamente como subprodutos da respiração aeróbica e exogenamente de produtos naturais com atividade redox e explosões respiratórias/oxidativas de células imunes de mamíferos ativadas2. Se não forem neutralizados, os ERO danificam componentes celulares essenciais, incluindo DNA, lipídios, carboidratos e proteínas1. Assim, as bactérias desenvolveram sistemas de defesa de ERO, como superóxido dismutase (SOD), catalases, glutationa, sistemas tiorredoxinas, peroxidases e redutases de nitrato/nitrito3. Essas defesas são frequentemente reguladas transcricionalmente por fatores de transcrição sensíveis a ROS, como OxyR, PerR, OhrR e SoxR4,5,6.

Evidências recentes apontam para mecanismos de regulação translacional de sistemas bacterianos de resposta ao estresse. Por exemplo, a resposta ao estresse hipóxico em micobactérias envolve a reprogramação de dezenas de ribonucleosídeos modificados em tRNAs - o epitranscriptoma de tRNA - para causar a tradução seletiva de mRNAs influenciados por códons de genes de resposta à hipóxia, incluindo o fator de transcrição DosR e seu regulon7. Modificações em outras formas de RNA também participam de diversos processos celulares, alterando a estabilidade, estrutura, localização e interações proteína-RNA do RNA8.

Aqui relatamos a descoberta de uma enzima modificadora de RNA com detecção de ROS que regula a tradução de proteínas de resposta ao estresse no patógeno comensal e oportunista intestinal Enterococcus faecalis. Após a exposição ao gerador de superóxido, menadiona ou doses subletais de eritromicina e cloranfenicol indutores de ERO, a análise de 24 ribonucleosídeos modificados do epitranscriptoma revelou grandes reduções na N2-metiladenosina (m2A) tanto no RNA ribossômico 23S quanto no RNA de transferência, possivelmente causadas por Inativação mediada por ROS da metiltransferase contendo cluster Fe-S, RlmN. A perda de RlmN alterou a expressão proteica de uma forma que imitou a exposição à menadiona, como aumento da superóxido dismutase e diminuição das proteínas de virulência. Esses estudos sugerem que o RlmN atua como um interruptor molecular sensível ao redox que liga a exposição ambiental e induzida por antibióticos à dinâmica do epitranscriptoma no RNA ribossômico e de transferência para efetuar a tradução de proteínas de resposta ao estresse.

Embora a regulação transcricional em resposta ao estresse esteja bem estabelecida em bactérias, a regulação translacional é menos compreendida. Nossa demonstração de reprogramação do epitranscriptoma induzida por hipóxia e tradução tendenciosa por códons em micobactérias nos levou a levantar a hipótese de que um mecanismo semelhante poderia ser verdadeiro para a resposta de Enterococcus faecalis ao estresse da exposição a antibióticos. Aqui quantificamos 24 modificações no rRNA e tRNA em duas cepas de E. faecalis: OG1RF, uma cepa derivada do isolado oral comensal humano OG19, e V58310, um isolado clínico multirresistente. V583 possui uma metiltransferase resistente à eritromicina (ErmB) que metila a posição N6 da adenosina (m6A, m6,6A) no 23S rRNA na posição 2058 (numeração de Escherichia coli)11 e evita a ligação de macrólidos (por exemplo, eritromicina), lincosamidas, e estreptogramina B (MLS)11, mas confere resistência apenas parcial à eritromicina12. OG1RF não possui ErmB e é, portanto, cerca de 100 vezes mais sensível à eritromicina do que V583.