Resolving Structure and Mechanism of tRNA-actuated riboswitches

解析 tRNA 驱动核糖开关的结构和机制

基本信息

  • 批准号:
    9107101
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.24万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-06-01 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Abstract Over the past decade, RNA-mediated regulation has emerged as a central theme in gene expression. A common control mechanism of Gram-positive bacteria is the riboswitch. In riboswitches, a sensor domain is mechanistically coupled to a regulatory domain composed of mutually exclusive terminator/anti-terminator RNA structure elements that either attenuate or increase translation/transcription. A particularly widespread type of riboswitch is the "T box", a tRNA-actuated switch whose default state is to attenuate transcription of essential genes encoding aminoacyl-tRNA synthetases, amino acid biosynthetic enzymes, and amino acid transport machinery. High ratios of charged-to-uncharged tRNA maintain the switch in the off state and suppress gene expression. The performance of the riboswitch is subject to modulation by multiple factors, including nucleotide sequence variations around conserved structure elements and tRNA base modification, and is crucial to the fitness of the cell. In this proposal, we will (1) identify the global conformationsand structural details of model tRNA-riboswitch complexes using SAXS and solution NMR methods; (2) develop a kinetic model of the T box riboswitch mechanism that includes variables such as tRNA modification and aminoacylation state using single molecule FRET techniques; and (3) determine in vivo the effects of tRNA modification and natural sequence variation on T box regulatory efficiency using direct RNA measurement assays. For the first time perhaps for any riboswitch, we will establish a mechanistic framework for riboswitch function that quantitatively connects local sequence-dependent contributions with global dynamics and T box efficiency. In addition, this project will broaden our knowledge of the contributions of tRNA nucleotide modification to gene regulation and cell fitness of Gram-positive bacteria. Finally, the T box riboswitch offers a unique platform on which to engineer genetic tools to interrogate the metabolic state of bacterial cells.
 描述(由申请人提供):摘要在过去的十年中,RNA介导的调控已成为基因表达的中心主题。革兰氏阳性菌的常见控制机制是核糖开关。在核糖开关中,传感器结构域机械地耦合到由相互排斥的终止子/抗终止子RNA结构元件组成的调节结构域,这些元件减弱或增加翻译/转录。一种特别广泛使用的核糖开关类型是“T 盒”,这是一种 tRNA 驱动的开关,其默认状态是减弱编码氨酰基-tRNA 合成酶、氨基酸生物合成酶和氨基酸转运机制的必需基因的转录。带电与不带电 tRNA 的高比例使开关保持在关闭状态并抑制基因表达。核糖开关的性能受到多种因素的调节,包括保守结构元件周围的核苷酸序列变化和 tRNA 碱基修饰,并且对细胞的适应性至关重要。在本提案中,我们将 (1) 使用 SAXS 和溶液 NMR 方法识别模型 tRNA-核糖开关复合物的整体构象和结构细节; (2) 使用单分子 FRET 技术开发 T 盒核糖开关机制的动力学模型,其中包括 tRNA 修饰和氨酰化状态等变量; (3) 使用直接 RNA 测量测定在体内确定 tRNA 修饰和自然序列变异对 T 盒调节效率的影响。对于任何核糖开关来说,这也许是第一次,我们将为核糖开关功能建立一个机制框架,定量地将局部序列依赖的贡献与全局动力学和T盒效率联系起来。此外,该项目将拓宽我们对 tRNA 核苷酸修饰对革兰氏阳性菌基因调控和细胞适应性的贡献的认识。最后,T 盒核糖开关提供了一个独特的平台,可以在该平台上设计遗传工具来询问细菌细胞的代谢状态。

项目成果

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