Post-transcriptional regulation mediated by 3'-UTR in bacteria

Abstract

En organismos eucariotas, la presencia de elementos reguladores en las regiones 3’ no traducidas (3’-UTRs) del RNA mensajero (mRNA), que controlan su estabilidad y la eficiencia de su traducción, está ampliamente reconocida. En cambio, la posible relevancia de las 3’-UTRs como elementos funcionales de los mRNAs bacterianos ha sido menospreciada. En esta Tesis Doctoral, se presentan evidencias que muestran que un tercio de los mRNAs de Staphylococcus aureus, uno de los patógenos más importantes a nivel mundial, contienen 3’-UTRs mayores de 100 nucleótidos (nt) de largo y, por lo tanto, con capacidad para albergar funciones reguladoras. Además, se vio que la mayoría de estas 3’-UTRs incluyen un terminador de transcripción Rho-independiente. Basados en esta información, fue posible predecir las 3’-UTRs en otras bacterias. Así, mediante el análisis de 25 genomas, se muestra que las 3’-UTRs largas están ampliamente distribuidas en el mundo procariota. Con el fin de evaluar el rol que las 3’-UTRs pueden ejercer en el control de la expresión de los mRNAs, se seleccionó la 3’-UTR larga del mRNA de icaR, que codifica para el represor de la síntesis de principal exopolisacárido de la matriz del biofilm de S. aureus. Se descubrió que una región de esta 3’- UTR hibrida con una región de la 5’-UTR que incluye la secuencia Shine- Dalgarno. Como resultado de esta interacción, se crea una región de RNA de cadena doble que bloquea la formación del complejo de iniciación de la traducción y que, además, es reconocida por la endoribonucleasa RNase III que digiere este dúplex de RNA, promoviendo la degradación del mRNA de icaR. Además, se descubrió que cambios conformaciones en la estructura de la 5’-UTR controlan la interacción con la 3’-UTR en respuesta a la temperatura. A 23ºC (temperatura ambiental), una región de la 5’-UTR hibrida con una zona de la región codificante (ORF) generando una estructura secundaria cerrada de tres horquillas que impide la interacción con la 3’-UTR, lo que causa la acumulación de la proteína IcaR y, en consecuencia, la inhibición de la formación del biofilm. En cambio, a 37ºC (temperatura del hospedador) esta conformación estructural se abre permitiendo la interacción entre la 5’- y la 3’-UTR, inhibiendo la traducción de IcaR y facilitando la formación de biofilm. En resumen, esta Tesis Doctoral muestra un nuevo mecanismo de regulación post-transcripcional que modula la expresión génica en respuesta a cambios en la temperatura ambiental, a través de la modificación de la interacción entre dominios de RNA codificados tanto en la 3’-UTR como en la 5’-UTR de una misma molécula de mRNA.