Escherichia coli translation strategies differ across carbon, nitrogen and phosphorus limitation conditions.
Escherichia coli translation strategies differ across carbon, nitrogen and phosphorus limitation conditions.
复制标题
DOI：
10.1038/s41564-018-0199-2
复制
发表时间：
2018-08
影响因子：
28.3
通讯作者：
Gitai Z
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li SH;Li Z;Park JO;King CG;Rabinowitz JD;Wingreen NS;Gitai Z
为了让细胞生长得更快，它们必须提高蛋白质的产量。传统上，微生物被认为是通过产生更多的核糖体来增强蛋白质合成能力来实现这一增长，导致在以前研究的大多数生长条件下观察到的核糖体水平与生长速度之间的线性关系。过去的研究表明，这种线性关系代表着每种增长率的最佳资源分配策略，与任何特定的营养状态无关。在这里，我们研究了限制碳、氮和磷的连续培养中的蛋白质生产策略，这些策略对蛋白质和核酸代谢的底物供应产生了不同的影响。出乎意料的是，我们发现在缓慢的生长速度下，大肠杆菌在三种不同的营养限制下使用三种不同的策略实现了相同的蛋白质产量。在磷(P)限制下，由于核糖体的丰度特别低，翻译速度很慢，核糖体富含RNA，因此对于磷限制的细胞来说特别昂贵。在氮(N)限制下，翻译延伸被包括谷氨酰胺密码子的核糖体停滞在内的过程减慢。在碳(C)限制下，翻译由于不与信使RNA结合的非活性核糖体的积累而减慢。这些额外的核糖体能够在营养向上转移的过程中快速加速生长。因此，细菌在不同的限制营养上调整核糖体的使用，以实现平衡的营养限制生长，同时也为未来的营养上升做准备。
For cells to grow faster they must increase their protein production rate. Microorganisms have traditionally been thought to accomplish this increase by producing more ribosomes to enhance protein synthesis capacity, leading to the linear relationship between ribosome level and growth rate observed under most growth conditions previously examined. Past studies have suggested that this linear relationship represents an optimal resource allocation strategy for each growth rate, independent of any specific nutrient state. Here we investigate protein production strategies in continuous cultures limited for carbon, nitrogen and phosphorus, which differentially impact substrate supply for protein versus nucleic acid metabolism. Unexpectedly, we find that at slow growth rates, Escherichia coli achieves the same protein production rate using three different strategies under the three different nutrient limitations. Under phosphorus (P) limitation, translation is slow due to a particularly low abundance of ribosomes, which are RNA-rich and thus particularly costly for phosphorous-limited cells. Under nitrogen (N) limitation, translation elongation is slowed by processes including ribosome stalling at glutamine codons. Under carbon (C) limitation, translation is slowed by accumulation of inactive ribosomes not bound to messenger RNA. These extra ribosomes enable rapid growth acceleration during nutrient upshift. Thus, bacteria tune ribosome usage across different limiting nutrients to enable balanced nutrient-limited growth while also preparing for future nutrient upshifts.
登录
查看更多内容
DOI：
10.1073/pnas.0606384103
发表时间：
2006-09-19
影响因子：
11.1
作者：
Milon, Pohl;Tischenko, Eugene;Gualerzi, Claudio O.
通讯作者：
Gualerzi, Claudio O.
影响因子：
14.8
作者：
Doucette, Christopher D.;Schwab, David J.;Wingreen, Ned S.;Rabinowitz, Joshua D.
通讯作者：
Rabinowitz, Joshua D.
影响因子：
64.8
作者：
Erickson DW;Schink SJ;Patsalo V;Williamson JR;Gerland U;Hwa T
通讯作者：
Hwa T
影响因子：
--
作者：
Ares, Manuel
通讯作者：
Ares, Manuel
大肠杆菌K-12的构造框架，单基因敲除突变体：Keio Collection。
影响因子：
9.9
作者：
通讯作者：
--