rpoB

rpoB
DNA 방향 RNA 중합효소 서브유닛 베타
식별자
유기체대장균
기호rpoB
엔트레스948488
PDB3IYD
RefSeq(프로토콜)NP_418414.1
유니프로트P0A8V2
기타자료
EC 번호2.7.7.6
염색체게놈: 4.18 - 4.19Mb

rPOB 유전자는 박테리아 RNA 중합효소의 β 서브유닛과 동질 플라스티드 인코딩 RNA 중합효소(PEP)를 인코딩한다.대장균에 1342개의 아미노산을 코딩해 세균세포에서 두 번째로 큰 폴리펩타이드다.[1]리팜핀과 같은 항균성의 리파마이신 계열이 대상이다.[2]리파미친에 대한 내성을 부여하는 rpoB의 돌연변이는 단백질의 약물 결합 잔류물을 변경하여 항생제에 대한 친화력을 감소시킨다.[3][4]

일부 박테리아에는 16S rRNA 유전자의 복제가 다수 포함되어 있는데, 이는 일반적으로 계통생성을 연구하기 위한 분자표시로 사용된다.이러한 경우, 단일복사 rpoB 유전자는 미생물 다양성을 연구하는 데 사용될 수 있다.[5][6]

박테리아 내 전사의 억제제인 타게티톡신은 또한 PEP를 억제하여 식물에서 발견되는 복합체가 박테리아의 동질 효소와 매우 유사함을 보여준다.[7]

약물 저항성

rpoB 리프ampicin의 적절한 돌연변이가 없는 박테리아에서, β 서브 유닛의 포크 근처의 부지에 결합하고, 중합효소가 RNA 염기서열의 두 개 또는 세 개 이상의 염기쌍을 전사하고 세포 내의 단백질 생산을 중단하는 것을 방지한다.[8][9]rpoB 유전자를 따라 적절한 위치에 돌연변이가 있는 박테리아는 이러한 효과에 내성이 있다.[8][9]

초기 연구는 진과 그로스가 리팜피신에 내성을 부여한 대장균에서 rpoB 돌연변이를 생성하기 위해 수행했다.세 개의 돌연변이가 확인되었는데, 1번 성단은 코돈 507-533, 2번 성단은 코돈 563-572, 3번 성단은 코돈 687이었다.[1][10]이러한 돌연변이의 대부분은 "리팜신 저항성 결정 지역(RRDR)"[9]이라고 명명된 클러스터 I의 81개의 기본 쌍(bp) 영역 내에 위치한다.이 저항은 일반적으로 DNA의 염기가 다른 염기 및 큰 사이드 체인을 가진 아미노산에 대한 새로운 염기 코드로 대체되는 돌연변이와 연관되어 있으며, 이는 리팜피신 분자가 중합효소에 결합되는 것을 억제한다.[9]

리팜피신 결합 부위에서 떨어져 있는 폴리머아제 β 서브유닛에서 발생할 수 있는 추가 돌연변이가 있으며, 이 돌연변이는 가벼운 저항도 유발할 수 있다.[8]이러한 영역의 형상이 리프암피신 결합 부지의 형성에 영향을 미칠 수 있음을 잠재적으로 나타낸다.[8]

핵산 탐침은 리프암피신 저항을 주는 rpoB의 돌연변이를 감지할 수 있다.마이코박테리움 결핵의 경우, 가장 흔히 발생하는 리파마이신 내성 돌연변이는 코돈 516, 526, 531(전통적으로, 대장균 rpoB에서와 같이 number, convention by, conception by, [11][12]encherichia rpoB)을 포함한다.이러한 돌연변이는 상대적으로 낮은 체력 손실로 높은 리프암피신 저항성을 초래한다.[8]황색포도상구균의 경우, 가장 흔히 발생하는 리파마이신 내성 돌연변이는 코돈 526을 포함한다.[13]

리팜피신에 대한 내성을 부여할 뿐만 아니라, 특정 rpoB 돌연변이가 밴코마이신 중간 S. aureus(VISA) 변종의 70%에서 확인되었다.[8]

rpoB 돌연변이의 생리적 영향

돌연변이에 취약한 rpoB 유전자의 부위는 일반적으로 잘 보존되어 있어 그것들이 생명에 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.[9]이것은 이 지역 내의 돌연변이가 그 유기체의 전반적인 적합성에 어느 정도 영향을 미칠 가능성이 매우 높다.[9]이러한 생리학적 변화에는 성장 속도 감소, 온도 상승 또는 감소에 대한 민감도 증가, RNA 체인 신장 및 전사 종단의 특성에 대한 변경이 포함될 수 있다.[8]그러나 그러한 변화는 모든 박테리아에 걸쳐 보편적인 것은 아니다.M. 결핵 450의 코돈 돌연변이는 약간의 건강상 손실을 초래하는 반면, S. aureus의 해당 돌연변이는 박테리아가 간신히 살아남는 결과를 낳는다.[8]

네이세리아 meningitidis rpoB 돌연변이는 탄수화물을 대사시키는 효소와 구연산 순환과 전사 연장에 관여하는 효소의 발현을 증가시키는 것으로 관찰되었다.[8]동시에 ATP 생산, 세포분열, 지질대사에 관여하는 효소는 모두 하향 조절되거나 정상치보다 낮은 수준으로 발현된다.[8]

rpoB 유전자의 M. 결핵 돌연변이는 폴리케티드 시네타아제를 크게 조절할 수 있으며, 이는 잠재적으로 M. 결핵에 의해 생성되고 박테리아의 독성에 관여하는 지질인 Phthiocerol dimycocerosate의 생산 증가를 나타낸다.[8]또한 돌연변이는 RNA 중합효소 자체의 촉진자 결합, 신장, 종료 및 전사 결합 수리 프로세스에 영향을 미친다.[8]이 때문에 관심이 항생제 내성을 전달하는 능력으로 이동하기 전에 전사 메커니즘을 연구하기 위해 rpoB 돌연변이를 사용하였다.[9]특정한 돌연변이는 심지어 항생제가 없을 때 보다 리팜피신이 있는 곳에서 더 잘 자라는 M. 결핵의 변종을 초래할 수 있다.[9]

에리트로마이신(Saccharopolyspora erythraea)이나 반코마이신(Amycolatopsis oricanis)과 같이 자연적으로 발생하는 항생제를 생산하는 데 사용되는 박테리아에서 특정 rpoB 돌연변이는 그러한 돌연변이로 박테리아에 의한 항생제 생산을 증가시킬 수 있다.[9]

참조

  1. ^ a b Goldstein BP (September 2014). "Resistance to rifampicin: a review". The Journal of Antibiotics. 67 (9): 625–30. doi:10.1038/ja.2014.107. PMID 25118103.
  2. ^ Floss HG, Yu TW (February 2005). "Rifamycin-mode of action, resistance, and biosynthesis". Chemical Reviews. 105 (2): 621–32. doi:10.1021/cr030112j. PMID 15700959.
  3. ^ Campbell EA, Korzheva N, Mustaev A, Murakami K, Nair S, Goldfarb A, Darst SA (March 2001). "Structural mechanism for rifampicin inhibition of bacterial rna polymerase". Cell. 104 (6): 901–12. doi:10.1016/S0092-8674(01)00286-0. PMID 11290327. S2CID 8229399.
  4. ^ Feklistov A, Mekler V, Jiang Q, Westblade LF, Irschik H, Jansen R, Mustaev A, Darst SA, Ebright RH (September 2008). "Rifamycins do not function by allosteric modulation of binding of Mg2+ to the RNA polymerase active center". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (39): 14820–5. Bibcode:2008PNAS..10514820F. doi:10.1073/pnas.0802822105. PMC 2567451. PMID 18787125.
  5. ^ Case RJ, Boucher Y, Dahllöf I, Holmström C, Doolittle WF, Kjelleberg S (January 2007). "Use of 16S rRNA and rpoB genes as molecular markers for microbial ecology studies". Applied and Environmental Microbiology. 73 (1): 278–88. Bibcode:2007ApEnM..73..278C. doi:10.1128/AEM.01177-06. PMC 1797146. PMID 17071787.
  6. ^ Vos M, Quince C, Pijl AS, de Hollander M, Kowalchuk GA (2012). "A comparison of rpoB and 16S rRNA as markers in pyrosequencing studies of bacterial diversity". PLOS ONE. 7 (2): e30600. Bibcode:2012PLoSO...730600V. doi:10.1371/journal.pone.0030600. PMC 3280256. PMID 22355318.
  7. ^ Börner T, Aleynikova AY, Zubo YO, Kusnetsov VV (September 2015). "Chloroplast RNA polymerases: Role in chloroplast biogenesis". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 1847 (9): 761–9. doi:10.1016/j.bbabio.2015.02.004. PMID 25680513.
  8. ^ a b c d e f g h i j k l Alifano P, Palumbo C, Pasanisi D, Talà A (May 2015). "Rifampicin-resistance, rpoB polymorphism and RNA polymerase genetic engineering". Journal of Biotechnology. 202: 60–77. doi:10.1016/j.jbiotec.2014.11.024. PMID 25481100.
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  10. ^ Jin DJ, Gross CA (July 1988). "Mapping and sequencing of mutations in the Escherichia coli rpoB gene that lead to rifampicin resistance". Journal of Molecular Biology. 202 (1): 45–58. doi:10.1016/0022-2836(88)90517-7. PMID 3050121.
  11. ^ Mokrousov I, Otten T, Vyshnevskiy B, Narvskaya O (July 2003). "Allele-specific rpoB PCR assays for detection of rifampin-resistant Mycobacterium tuberculosis in sputum smears". Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 47 (7): 2231–5. doi:10.1128/AAC.47.7.2231-2235.2003. PMC 161874. PMID 12821473.
  12. ^ Telenti A, Imboden P, Marchesi F, Lowrie D, Cole S, Colston MJ, Matter L, Schopfer K, Bodmer T (March 1993). "Detection of rifampicin-resistance mutations in Mycobacterium tuberculosis". Lancet. 341 (8846): 647–50. doi:10.1016/0140-6736(93)90417-F. PMID 8095569. S2CID 9945266.
  13. ^ Wichelhaus TA, Schäfer V, Brade V, Böddinghaus B (November 1999). "Molecular characterization of rpoB mutations conferring cross-resistance to rifamycins on methicillin-resistant Staphylococcus aureus". Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 43 (11): 2813–6. doi:10.1128/aac.43.11.2813. PMC 89569. PMID 10543773.