シアノバクテリウムPCC6803におけるRNase EとRNase JのグローバルなmRNA代謝への影響

Impact of RNase E and RNase J on Global mRNA Metabolism in the Cyanobacterium PCC6803.

• Marina Cavaiuolo
• Carine Chagneau
• Soumaya Laalami
• Harald Putzer

抄録

mRNAのレベルは、転写と分解の間の均衡から生じる。リボヌクレアーゼ（RNase）はmRNAのターンオーバーを促進し、これは遺伝子発現を制御する重要な方法であり、細胞が変化する環境に合わせて転写物のレベルを調整することを可能にします。PCC6803は、RNase EとRNase Jを含むRNaseとRNaseのオルソログをコードしています。さらに、RNase J は、RNase J1 に似た 5'-エキソリボヌクレアーゼ活性を示すが、葉緑体に存在する進化的に関連した RNase J とは異なり、RNase J1 と同様の強力な 5'-エキソリボヌクレアーゼ活性を示した。両ヌクレアーゼは必須であり、遺伝子欠失は葉緑体中では完全に分離することができませんでした。我々は、RNase E と J の部分的な破壊株を作製し、それらの増殖と特性評価を可能にするために十分に安定していた。これらのRNase EおよびJを部分的に欠失させた株のトランスクリプトーム解析により、特定の転写産物への影響を観察することができた。その結果、RNase Eは、RNase Jに比べて多くの染色体遺伝子やアンチセンスRNAの発現を変化させたが、RNase Jは内因性プラスミドにコードされた転写物には影響を与えなかった。これらの結果は、シアノバクテリアの必須リボヌクレアーゼの部分的枯渇によって誘発される主要な転写産物の変化を初めて明らかにしたものである。

mRNA levels result from an equilibrium between transcription and degradation. Ribonucleases (RNases) facilitate the turnover of mRNA, which is an important way of controlling gene expression, allowing the cells to adjust transcript levels to a changing environment. In contrast to the heterotrophic model bacteria and , RNA decay has not been studied in detail in cyanobacteria. sp. PCC6803 encodes orthologs of both and RNases, including RNase E and RNase J, respectively. We show that RNases E and J have an endonucleolytic cleavage specificity that is very similar between them and also compared to orthologous enzymes from , and Moreover, RNase J displays a robust 5'-exoribonuclease activity similar to RNase J1, but unlike the evolutionarily related RNase J in chloroplasts. Both nucleases are essential and gene deletions could not be fully segregated in . We generated partially disrupted strains of RNase E and J that were stable enough to allow for their growth and characterization. A transcriptome analysis of these strains partially depleted for RNases E and J, respectively, allowed to observe effects on specific transcripts. RNase E altered the expression of a larger number of chromosomal genes and antisense RNAs compared to RNase J, which rather affects endogenous plasmid encoded transcripts. Our results provide the first description of the main transcriptomic changes induced by the partial depletion of two essential ribonucleases in cyanobacteria.

Copyright © 2020 Cavaiuolo, Chagneau, Laalami and Putzer.