Subunità beta dell'RNA polimerasi diretta dal DNA | ||
Caratteristiche principali | ||
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Funzione | Codifica la subunità β della RNA polimerasi | |
CE n. | 2.7.7.6 | |
Escherichia coli | ||
Il gene rpoB codifica per la subunità β della RNA polimerasi batterica. Si trova anche nei cloroplasti delle piante dove forma la subunità β della RNA polimerasi codificata da plastid (o PEP in inglese per Plastid Encoded Polymerase ). La tagetitossina, un inibitore della trascrizione nei batteri, inibisce anche la PEP, dimostrando che il complesso trovato nelle piante è molto simile all'enzima omologa nei batteri. Codifica 1342 aminoacidi , rendendolo il secondo polipeptide più grande della cellula batterica. Il gene rpoB è soggetto a mutazioni che conferiscono resistenza alla rifamicina e ai suoi derivati come la rifampicina . Le mutazioni in rpoB che conferiscono resistenza alle rifamicine lo fanno alterando i residui del sito di legame della rifamicina sulla RNA polimerasi, riducendo così l'affinità di legame della rifamicina per le rifamicine.
Alcuni batteri contengono più copie del gene 16S rRNA , comunemente usato come marker molecolare per studiare la filogenesi . In questi casi, il gene rpoB può essere utilizzato per studiare la diversità microbica.
Nei batteri senza la o le mutazioni appropriate nel gene rpoB , la rifampicina si lega a un sito vicino alla forcella di replicazione della subunità β e impedisce alla polimerasi di trascrivere più di due o tre paia di basi di qualsiasi sequenza d. "RNA, interrompendo così la produzione di proteine nella cellula. I batteri con mutazioni nei loci appropriati lungo il gene rpoB sono resistenti a questo effetto.
Gli studi iniziali sono stati eseguiti da Jin e Gross per generare mutazioni di rpoB in E. coli , conferendo resistenza alla rifampicina. Sono stati identificati tre gruppi di mutazioni: gruppo I ai codoni 507-533, gruppo II ai codoni 563-572 e gruppo III al codone 687. La maggior parte di queste mutazioni si trova in una regione di 81 coppie di basi (b) nel gruppo I chiamata "regione di determinazione della resistenza alla rifampicina (o RRDR)". Questa resistenza è solitamente associata a una mutazione in cui una base di DNA viene sostituita con un'altra e la nuova sequenza codifica per un amminoacido con una grande catena laterale che impedisce alle molecole di rifampicina di legarsi alla polimerasi.
Esistono altre mutazioni che possono verificarsi nella subunità β della polimerasi, situata lontano dal sito di legame della rifampicina, e che possono anche portare a una lieve resistenza, indicando potenzialmente che la forma di queste aree può influenzare la formazione del sito di legame della rifampicina.
L' acido nucleico della sonda può rilevare mutazioni nella rpoB che conferiscono resistenza alla rifampicina. Nel Mycobacterium tuberculosis , le mutazioni resistenti alla rifamicina più frequentemente riscontrate riguardano i codoni 516, 526 e 531 (numerati, per convenzione, relativi al gene rpoB di Escherichia coli ). Nello Staphylococcus aureus , la mutazione resistente alla rifamicina più frequentemente riscontrata coinvolge il codone 526.
Oltre a conferire resistenza alla rifampicina, alcune mutazioni di rpoB sono state identificate nel 70% dei ceppi di Staphylococcus aureus (VISA) resistenti alla vancomicina .
Le regioni del gene rpoB suscettibili alle mutazioni sono generalmente ben conservate, il che indica che sono essenziali per la vita dell'organismo. È quindi molto probabile che le mutazioni all'interno di queste regioni abbiano qualche effetto sull'idoneità generale dell'organismo. Questi cambiamenti fisiologici possono includere un tasso di crescita ridotto, una maggiore sensibilità agli aumenti o alle diminuzioni della temperatura e alterazioni nell'allungamento della catena dell'RNA e nelle proprietà di terminazione della trascrizione. Tuttavia, questi cambiamenti non sono universali per tutti i batteri. Una mutazione nel codone 450 in M. tuberculosis provoca una minore perdita di fitness, mentre la corrispondente mutazione in S. aureus fa sì che le cellule sopravvivano a malapena.
In Neisseria meningitidis , è stato osservato che mutazioni di rpoB aumentano l'espressione degli enzimi coinvolti nel metabolismo dei carboidrati , nonché degli enzimi coinvolti nel ciclo dell'acido citrico e nell'allungamento della trascrizione. Allo stesso tempo, i geni che codificano gli enzimi coinvolti nella produzione di ATP , nella divisione cellulare e nel metabolismo dei lipidi sono tutti backregolati o espressi a livelli inferiori al normale.
In M. tuberculosis , le mutazioni nel gene rpoB possono sovraregolare drasticamente la polichetide sintasi , indicando potenzialmente un aumento della produzione di ftiocerolo dimicoceroso, un lipide prodotto da M. tuberculosis e coinvolto nella virulenza dei batteri. Le mutazioni influenzano anche i processi di legame del promotore , allungamento, terminazione e riparazione accoppiati alla trascrizione nella stessa RNA polimerasi. Questo è il motivo per cui le mutazioni di rpoB sono state utilizzate per studiare i meccanismi di trascrizione prima che si dimostrasse interesse nella loro capacità di conferire resistenza agli antibiotici. Mutazioni particolari possono persino dare origine a ceppi di M. tuberculosis che prosperano meglio in presenza di rifampicina che in assenza di un antibiotico.
Nei batteri utilizzati per produrre antibiotici naturali come l' eritromicina ( Saccharopolyspora erythraea ) e la vancomicina ( Amycolatopsis orientalis ), alcune mutazioni di rpoB possono aumentare la produzione di antibiotici da parte dei batteri con queste mutazioni.