S1ドメインRNA結合タンパク質（CvfD）は、D39における寒冷感受性、リン酸輸送、および病原性を媒介する新しい転写後調節因子である

S1-Domain RNA-Binding Protein (CvfD) Is a New Post-Transcriptional Regulator That Mediates Cold Sensitivity, Phosphate Transport, and Virulence in D39.

• Dhriti Sinha
• Jiaqi J Zheng
• Ho-Ching Tiffany Tsui
• John D Richardson
• Nicholas R De Lay
• Malcolm E Winkler

抄録

転写後の遺伝子制御には、多くの場合、mRNAの翻訳や安定性を調節するRNA結合タンパク質が関与しており、タンパク質とRNAの相互作用を介して直接的に、あるいは小分子調節RNA（sRNA）のアニーリングを促進することによって間接的に、mRNAの翻訳や安定性を調節している。ヒト病原体Ｄ３９（肺炎球菌）は、少なくとも１１２個のｓＲＮＡの遺伝子を含むにもかかわらず、ＨｆｑまたはＰｒｏＱのようなｓＲＮＡの安定性および機能の促進に関与することが知られているＲＮＡ結合タンパク質のホモログをコードしていない。しかし、肺炎球菌ゲノムには、リボソームタンパク質S1（）、ポリヌクレオチドホスホリラーゼ（）、RNase R（）、機能未知の3つのタンパク質を含む少なくとも6つのS1ドメインタンパク質を含む他のRNA結合タンパク質の遺伝子が含まれています。ここでは、これらの保存されているが、まだよくわかっていないS1ドメインタンパク質のうちの1つ、SPD_1366の機能を明らかにしました。我々は、CvfD を欠失させると、肺炎球菌のリン酸塩輸送系 1 をコードするオペロンを含む 144 個の転写産物の発現に影響を与えることを報告しています。さらに、CvfD が mRNA と結合し、PhoU2 の翻訳に影響を与えることで、肺炎球菌の二重リン酸塩輸送系のマスターレギュレーターである PhoU2 を転写後に制御していることを示しています。CvfD はリン酸トランスポーター遺伝子の発現を制御するだけでなく、寒さに対する感受性や、マンガンの取り込みや亜鉛の排出を含む多様な細胞機能に関与する sRNA や遺伝子の発現に影響を与える多能性調節因子としても機能しています。これらのデータから、CvfD は転写後の遺伝子制御によって肺炎球菌の生理と病原性に広範な影響を与えていることがわかります。近年、ヒトの主要な呼吸器病原体である肺炎球菌において、多くのsRNAが同定されてきたが、肺炎球菌のRNA生物学に関与するほとんどのsRNAやRNA結合タンパク質の機能については、ほとんど知られていない。本論文では、肺炎球菌のS1ドメインRNA結合タンパク質CvfDの表現型とその標的を明らかにした。肺炎球菌のCvfDは広くプリーオトロピックな調節因子であり、その欠失は二価カチオンのホメオスタシスの誤制御、リン酸取り込みのマスター調節因子PhoU2の翻訳の低下、代謝とsRNA量の変化、寒さに対する感受性、病原性の減衰をもたらします。これらの知見は、肺炎球菌の生理と病原性におけるRNA生物学の重要な役割を明確に示している。

Post-transcriptional gene regulation often involves RNA-binding proteins that modulate mRNA translation and/or stability either directly through protein-RNA interactions or indirectly by facilitating the annealing of small regulatory RNAs (sRNAs). The human pathogen D39 (pneumococcus) does not encode homologs to RNA-binding proteins known to be involved in promoting sRNA stability and function, such as Hfq or ProQ, even though it contains genes for at least 112 sRNAs. However, the pneumococcal genome contains genes for other RNA-binding proteins, including at least six S1-domain proteins; ribosomal protein S1 (), polynucleotide phosphorylase (), RNase R (), and three proteins of unknown functions. Here, we characterize the function of one of these conserved, yet uncharacterized S1-domain proteins, SPD_1366, which we have renamed CvfD (onserved irulence actor ), since loss of this protein results in an attenuation of virulence in a murine pneumonia model. We report that deletion of impacts expression of 144 transcripts including the operon, encoding the phosphate transport system 1 in We further show that CvfD post-transcriptionally regulates the PhoU2 master regulator of the pneumococcal dual phosphate transport system by binding mRNA and impacting PhoU2 translation. CvfD not only controls expression of phosphate transporter genes, but also functions as a pleiotropic regulator that impacts cold sensitivity and the expression of sRNAs and genes involved in diverse cellular functions, including manganese uptake and zinc efflux. Together, our data show that CvfD exerts a broad impact on pneumococcal physiology and virulence, partly by post-transcriptional gene regulation. Recent advances have led to the identification of numerous sRNAs in the major human respiratory pathogen, However, little is known about the functions of most sRNAs or RNA-binding proteins involved in RNA biology in pneumococcus. In this paper, we characterize the phenotypes and one target of the S1-domain RNA-binding protein CvfD, a homolog of "general-stress protein 13" identified, but not extensively characterized in other species. Pneumococcal CvfD is a broadly pleiotropic regulator, whose absence results in misregulation of divalent cation homeostasis, reduced translation of the PhoU2 master regulator of phosphate uptake, altered metabolism and sRNA amounts, cold sensitivity, and attenuation of virulence. These findings underscore the critical roles of RNA biology in pneumococcal physiology and virulence.

Copyright © 2020 American Society for Microbiology.