Chemical Modifications to Wobble Uridines in tRNA Regulate Responses to Stress
tRNA 中摆动尿苷的化学修饰可调节应激反应
基本信息
- 批准号:10387039
- 负责人:
- 金额:$ 35.77万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-07-08 至 2026-04-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AlkynesAntibioticsAnticodonBacteriaBase PairingBindingBiochemistryBiological AssayBiological MarkersBiologyBiotinCarbonCellsChemicalsChloramphenicolCodeCodon NucleotidesComplementComplexComputer SimulationCrystallizationDataDetectionDiphosphatesDiseaseEnzymesEscherichia coliExposure toGene ExpressionGene Expression RegulationGenesHumanIn VitroKineticsLabelLeadLigand BindingLigandsLinkLipidsModificationMolecularMolecular BiologyNucleosidesPathway interactionsPatternPlayPolyribosomesPositioning AttributeProteinsRNAReactionReagentRegulationReporterResearchRibosomesRoleSiteSpecificityStressStructureSystemTechnologyThermodynamicsThiouridineTimeTranscriptTransfer RNATranslational RegulationTranslationsUridineValidationVariantYeastsbasebiological adaptation to stresscancer cellcofactordesignenvironmental stressorepitranscriptomicsin vivoinsightmutantnovelresponsesimulationstemtooltranscriptome sequencing
项目摘要
Abstract
Cells respond to environmental stresses by regulating gene expression. Recent studies have
demonstrated that stress promotes changes in the levels of enzyme-modified nucleosides found in the anticodon
of many tRNAs, to regulate the translation of stress-response transcripts with specific codon usage patterns. In
bacteria the wobble U34 residue of tRNA can be enzymatically modified by writers to generate thiolation,
geranylation or selenation products at position 2, as well as distinct modifications to position 5, to produce 12
different modified uridines, with many predicted to play key roles in translation and stress responses. The Mnm
cluster enzymes can catalyze the formation of these modified uridines and due to their uniqueness to bacteria
and the importance of corresponding wobble uridines in the stress response, we propose that they can be
exploited to develop technology to tag modified RNA. We have used chemical biology and structural studies to
demonstrate that 2-thiouridine (s2U), geranyl-2-thiouridine (ges2U) and seleno-2-thiouridine (se2U) have different
base pairing specificity. In addition, using codon analytics of all E. coli genes, we have identified codon-biased
transcripts that could be translationally regulated by s2U, ges2U and se2U modifications. We have also shown
that cells deficient in the wobble U modifying enzymes MnmE and MnmH are sensitive to killing by
chloramphenicol (CAM) and have perturbed translation. We hypothesize that s2U, ges2U and se2U modification
levels change in response to environmental stress, to regulate the translation of response proteins. In this
application, we will synthesize and characterize 9 wobble modifications linked to MnmE and MnmH. Further, we
propose to characterize stress-induced changes in Mnm linked tRNA modifications and determine if translation
elongation of codon specific transcripts is linked to one of the 12 uridine tRNA modifications. In addition, we will
develop MnmH-based molecular tools to tag and visualize thiolated tRNAs in yeast and human cells. The
proposed studies are significant, as they will define a new form of translational regulation in bacteria, generate
new reagents and technologies for tagging epitranscriptomic marks and will provide a unified understanding of
the 12 different wobble uridines in bacterial tRNA.
抽象的
细胞通过调节基因表达来应对环境压力。最近的研究有
证明压力会促进反密码子中酶修饰核苷水平的变化
许多 tRNA 的序列,以调节具有特定密码子使用模式的应激反应转录物的翻译。在
细菌 tRNA 的摆动 U34 残基可以被作者酶促修饰以产生硫醇化,
在位置 2 处香叶基化或硒化产物,以及对位置 5 的明显修饰,产生 12
不同的修饰尿苷,其中许多预计在翻译和应激反应中发挥关键作用。曼尼姆
簇酶可以催化这些修饰的尿苷的形成,并且由于它们对细菌的独特性
以及相应的摆动尿苷在应激反应中的重要性,我们建议它们可以是
用于开发标记修饰 RNA 的技术。我们利用化学生物学和结构研究
证明 2-硫尿苷 (s2U)、香叶基-2-硫尿苷 (ges2U) 和硒代-2-硫尿苷 (se2U) 具有不同的
碱基配对特异性。此外,通过对所有大肠杆菌基因进行密码子分析,我们发现了密码子偏倚
可以通过 s2U、ges2U 和 se2U 修饰进行翻译调节的转录本。我们还展示了
缺乏摆动 U 修饰酶 MnmE 和 MnmH 的细胞对杀伤敏感
氯霉素 (CAM) 并干扰翻译。我们假设 s2U、ges2U 和 se2U 修饰
水平因环境压力而变化,以调节反应蛋白的翻译。在这个
应用程序中,我们将合成并表征与 MnmE 和 MnmH 相关的 9 种摆动修改。此外,我们
建议描述应激诱导的 Mnm 连接 tRNA 修饰变化,并确定翻译是否有效
密码子特异性转录本的延伸与 12 个尿苷 tRNA 修饰之一有关。此外,我们将
开发基于 MnmH 的分子工具来标记和可视化酵母和人类细胞中的硫醇化 tRNA。这
拟议的研究意义重大,因为它们将定义细菌翻译调控的新形式,产生
用于标记表观转录组标记的新试剂和技术,并将提供统一的理解
细菌 tRNA 中 12 种不同的摆动尿苷。
项目成果
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