Influencia de la modificación Glu-Q del tRNA sobre la expresión del gen virF de shigella flexneri en escherichia coli

Abstract

La shigelosis o disentería bacilar es causada por el enteropatógeno Shigella spp, que incluye las especies S. flexneri, S. sonnei, S. dysenteriae y S. boydii. Se estima que provoca 1 millón de muertes al año en todo el mundo, por lo que la Organización Mundial de la Salud ha establecido como prioridad el desarrollo de vacunas para combatir esta enfermedad. En Chile, Shigella causa aproximadamente el 12% de diarreas agudas y 30% de síndrome disentérico en niños menores de 5 años y los casos más severos están asociados a infección por S. flexneri. Después de la ingesta, Shigella llega hasta el colon, sobrevive el ataque de macrófagos residentes, induce su endocitosis en células no fagocíticas y se disemina a través del epitelio intestinal. Esta capacidad de la bacteria de infectar se debe a la presencia de un plásmido de virulencia (PV), específicamente de la “región de entrada”, en que están codificadas las proteínas necesarias para invadir la mucosa colónica. Los principales reguladores transcripcionales de los genes de virulencia del PV son las proteínas VirF y VirB. La importancia de VirF radica en la regulación de la expresión del gen virB; a su vez, el producto de éste regula los genes de la región de entrada. La expresión de virF está finamente controlada, siendo la regulación a nivel traduccional importante, mediada por modificaciones post transcripcionales de los tRNA. La ausencia de la base modificada queuosina (Q) provoca disminución de la cantidad de VirF, con un efecto en la virulencia de Shigella. Q es hipermodificada en E. coli por la enzima glutamil queuosina-tRNA sintetasa (GluQ-RS), que agrega un glutamato a esta base. El gen gluQ-rs está presente en S. flexneri, pero no hay estudios acerca de su papel en la patogenia de esta bacteria. En el presente trabajo se estudió la expresión del gen virF de S. flexneri clonado en un vector de expresión a nivel de su transcripción y traducción en cepas de E. coli W3110 silvestre y mutante en el gen gluQ-rs. Los experimentos de RT-PCR y “Western blot” no mostraron diferencias claras en los niveles de mRNA de virF ni de proteína entre las cepas silvestre y mutante. Se observó además que la presencia de virF altera el crecimiento de la cepa silvestre y no así de la cepa mutante. En el futuro sería atractivo estudiar la influencia de VirF sobre la expresión de otros genes no codificados en el PV.

Shigellosis or Bacillary Dysentery is caused by the enteric pathogen Shigella spp. It includes S. flexneri, S. sonnei, S. dysenteriae and S. boydii. In the world, it causes over a million deaths per year, thus the World Health Organization has established a priority the develop of vaccines against this pathogen. In Chile, Shigella causes 12% of acute diarrheas and 30% of dysenteric syndromes in children under 5 years old. More severe cases are associated with Shigella flexneri infection. After Shigella is ingested, it reaches the colon and survives the macrophages attack; then induces its endocytosis into non phagocytic cells and spreads trough the intestinal epithelium. The ability of Shigella to infect is due to the presence of the Virulence Plasmid (VP), specifically, the “entry region”, which encodes proteins involved in invasion. The two mayor virulence transcriptional regulators are VirF and VirB. The importance of VirF lays on the regulation of the virB gene expression; which product regulates the expression of the entry region genes. virF expression is finely controlled being traductional regulation important, which it is mediated by tRNA post-transcriptional modifications. The absence of the modified base queuosine (Q) results in lower levels of VirF protein, affecting the virulence of Shigella. In E. coli, Q is hypermodified by the glutamyl queuosine-tRNA synthetase (GluQ-RS), adding a glutamate to the base. The gluQ-rs gen is present in S. flexneri, but no investigations have been conducted to understand its possible role in the bacterial pathogenicity. In the present work I studied the expression of the virF gene cloned into an expression vector at the transcriptional and traductional levels in wild type E. coli W3110 and ∆gluQ-rs. The RT-PCR and western blot experiments did not show clear differences between wild type and ∆gluQ-rs E. coli mRNA or protein levels. However, I noticed that the presence of the virF gene impairs the growth to wild type strain, but not the mutant. It would be interesting in the future to study the influence of VirF on the expression of not PV-encoded genes.