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NAD captureSeq 表明 NAD 是一组调控 RNA 的细菌帽。

NAD captureSeq indicates NAD as a bacterial cap for a subset of regulatory RNAs.

机构信息

Institute of Pharmacy and Molecular Biotechnology (IPMB), Heidelberg University, 69120 Heidelberg, Germany.

出版信息

Nature. 2015 Mar 19;519(7543):374-7. doi: 10.1038/nature14020. Epub 2014 Dec 22.

DOI:10.1038/nature14020
PMID:25533955
Abstract

A distinctive feature of prokaryotic gene expression is the absence of 5'-capped RNA. In eukaryotes, 5',5'-triphosphate-linked 7-methylguanosine protects messenger RNA from degradation and modulates maturation, localization and translation. Recently, the cofactor nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) was reported as a covalent modification of bacterial RNA. Given the central role of NAD in redox biochemistry, posttranslational protein modification and signalling, its attachment to RNA indicates that there are unknown functions of RNA in these processes and undiscovered pathways in RNA metabolism and regulation. The unknown identity of NAD-modified RNAs has so far precluded functional analyses. Here we identify NAD-linked RNAs from bacteria by chemo-enzymatic capture and next-generation sequencing (NAD captureSeq). Among those identified, specific regulatory small RNAs (sRNAs) and sRNA-like 5'-terminal fragments of certain mRNAs are particularly abundant. Analogous to a eukaryotic cap, 5'-NAD modification is shown in vitro to stabilize RNA against 5'-processing by the RNA-pyrophosphohydrolase RppH and against endonucleolytic cleavage by ribonuclease (RNase) E. The nudix phosphohydrolase NudC decaps NAD-RNA and thereby triggers RNase-E-mediated RNA decay, while being inactive against triphosphate-RNA. In vivo, ∼13% of the abundant sRNA RNAI is NAD-capped in the presence, and ∼26% in the absence, of functional NudC. To our knowledge, this is the first description of a cap-like structure and a decapping machinery in bacteria.

摘要

原核基因表达的一个显著特征是缺乏 5' 帽状 RNA。在真核生物中,5',5'-三磷酸连接的 7-甲基鸟苷保护信使 RNA 免受降解,并调节成熟、定位和翻译。最近,辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) 被报道为细菌 RNA 的共价修饰。鉴于 NAD 在氧化还原生物化学、翻译后蛋白质修饰和信号转导中的核心作用,其与 RNA 的结合表明 RNA 在这些过程中具有未知的功能,以及在 RNA 代谢和调控中存在未知的途径。到目前为止,由于 NAD 修饰 RNA 的未知身份,还无法进行功能分析。在这里,我们通过化学酶捕获和下一代测序 (NAD 捕获 Seq) 从细菌中鉴定 NAD 连接的 RNA。在鉴定出的 RNA 中,特定的调节性小 RNA (sRNA) 和某些 mRNA 的 sRNA 样 5' 末端片段特别丰富。类似于真核帽,体外实验表明 5'-NAD 修饰可稳定 RNA,使其免受 RNA-焦磷酸水解酶 RppH 的 5' 加工以及核糖核酸酶 (RNase) E 的内切核酸酶切割。Nudix 磷酸水解酶 NudC 去帽 NAD-RNA,从而触发 RNase-E 介导的 RNA 降解,而对三磷酸 RNA 无活性。在体内,在有功能的 NudC 存在的情况下,约 13%的丰富的 sRNA RNAI 被 NAD 帽化,而在没有 NudC 的情况下,约 26%的 sRNA RNAI 被 NAD 帽化。据我们所知,这是细菌中首次描述帽状结构和脱帽机制。

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