会议回顾
2025年3月27日，应Guangzhou RNA Club邀请，以色列耶路撒冷希伯来大学Orna Amster-Choder教授作了题为“Revisiting the dogma on bacterial transcriptome organization: implications on gene expression”的线上学术报告。Orna Amster-Choder教授的主要研究方向包括：（1）亚细胞组织；（2）相分离；（3）转录-翻译；（4）抗生物膜因子。
会议内容
本次报告围绕细菌 RNA 的定位、转录与翻译的关系、细菌细胞极性相关的 RNA 定位机制、小 RNA 的定位及作用，以及 RNA 伴侣蛋白的相关研究展开，对细菌转录组织的传统理论进行了重新审视，为相关领域研究提供了新视角。
一、细菌 RNA 的特殊时间组织及其生物学意义
1.细菌细胞的传统观点与更新：
传统观点：
传统观点认为细菌中 mRNA 仅编码蛋白质且不发生定位。
新发现：
RNA 定位模式：RNA 分子可在大肠杆菌细胞中定位于特定区域，mRNA 有细胞质、膜、极区三种定位模式，且其定位与编码蛋白定位相关，同一操纵子顺反子的 mRNA 会共同定位 ，且定位独立于翻译。
转录与翻译空间分离：大肠杆菌中转录和翻译机器在空间上分离，少量核糖体和 RNA 聚合酶分布特殊。此外，还涉及大肠杆菌中编码 SRP 插入小膜蛋白的 mRNA、蓝细菌中编码类囊体膜蛋白的 mRNA，均存在独立于翻译的定位现象 。
图1 传统观点
图2 对传统观点的重新审视
2.高通量分析
分级分离与测序：Rloc-Seq将细胞分离为膜、细胞质和极区组分，随后进行 RNA 测序。结果显示，大部分转录组呈现不对称分布，许多 mRNA 在各组分中显著富集。
基因本体分析：分析表明各组分中富集不同功能的基因群。细胞膜组分中富集转运活性、外膜和脂多糖生物合成相关基因；细胞质组分中则存在 DNA 复制和糖酵解相关基因。
翻译独立性：多数 mRNA 的定位不受翻译抑制的影响。例如，用抗生素（如卡斯托霉素）处理或进行移码突变，均未阻止 mRNA 定位于相应区域。
图3 用于 Rloc-Seq 的细胞分离
图4 大量 mRNA 在每个级分中显著过度表达
图5 基因本体组在膜和细胞质组分中显示出相反的富集模式
二、RNA 定位在多大程度上取决于翻译？
1.RNA的亚细胞分布与翻译无关性
研究发现，RNA的亚细胞分布（如膜定位）在很大程度上与翻译过程无关。即使抑制翻译起始或引入移码突变，RNA仍能定位到膜上。RNA的膜定位依赖于富含A/U的序列（“zip code”），通过调整这些序列的富集程度可以调控RNA的定位。
图6 细菌转录组中很大一部分以翻译无关的方式定位
2.极区 mRNA 定位的机制研究
Orna教授及学生采用了两种方法来确定mRNA定位到极点的位置，分别是：采用候选系统方法（基于假设，研究关键蛋白缺失或失活对极区 mRNA 定位的影响）和无偏蛋白质组学方法（通过纯化与 RNA 结合的蛋白，分析相关蛋白）。研究发现，RNA能够特异性地定位到细胞的极区，这一过程依赖于MinD和RNase E的相互作用。RNase E与MinD相互作用，其膜结合域（Segment A）是相互作用的关键区域。
当MinD或RNase E缺失时，极区RNA的定位被破坏，进而影响编码蛋白质的定位。
图7 MinD与RNase E中的短肤相互作用，以限制其在极点的存在。
图8 MinD和RNaseE的相互作用是通过segment A介导的
3.sRNA的研究
sRNA 在感知宿主环境、促进宿主 - 微生物相互作用以及帮助细菌在宿主体内生存等方面发挥作用 。涉及多种感染类型，如肺部感染、脑膜炎、胃炎、肠道感染、皮肤感染、泌尿道感染、性传播疾病等。
sRNAs参与感知宿主环境、促进宿主-微生物相互作用和在宿主中生存等功能。
sRNAs 也能够作为信号分子，影响宿主基因的表达
sRNAs 被认为与抗生素耐药性有关。
图9 sRNAs被认为对细菌的生理、致病和抗生素耐药性非常重要
三、非编码调控小RNA的组装在所有细胞类型中是一种普遍现象
1.Hfq 蛋白的功能与应激响应
Hfq作为大肠杆菌主要的 RNA 伴侣，参与 rRNA 加工、核糖体生物发生、tRNA 成熟、mRNA 翻译调控及 sRNA/mRNA 碱基配对等过程。在高渗透压、氮限制、稳定期后期等应激条件下，Hfq 蛋白在细菌两极积累。
图10 Hfq在各种应力下聚集在极点
2.sRNA 介导的调控模型与相分离
应激诱导的 sRNA（核心与外周 sRNA）和 sRBP（如 Hfq）在两极形成类似 “无膜细胞器” 的结构，通过群体效应（Wisdom of the crowds）协同应对压力。图11提出 sRNA 介导的极性调控模型，探讨 Hfq 与 sRNA 的相分离可能性。
图11 sRNA介导调控的多基因与空间规划的模型
LLPS 是指分子溶液自发分离为两种不同密度的液相，形成无膜细胞器（如凝聚体），局部富集大分子并促进动态交换。核生物中，凝聚体存在于核（核仁、染色质相关凝聚体）、细胞质（应激颗粒、P 小体）和膜区（信号体）。Hfq 需与 RNA 通过异源相互作用（heterotypic interaction）发生相分离，形成含 sRNA 和 mRNA 的液滴（如 SgrS、ptsG、DsrA、rpoS 等分子共定位）。应激条件下 Hfq 形成液态凝聚体，具有动态融合 / 分裂能力，光漂白后快速恢复（FRAP 实验），应激恢复后凝聚体溶解。
图12 液-液 相分离（LLPS）
问答环节
问题1：
极性定位蛋白的 mRNA 定位于极点，那么编码这些基因的 DNA 是否也位于极点？
回答1:
1.通过标记基因位点和 RNA，发现两者并不共定位。极点位置在细菌分裂时会变化，极性蛋白不一定靠近复制起点，因此 DNA 未必位于极点。
2.在真核生物中，RNA 可通过驱动蛋白等蛋白运输至目标位置，但细菌中可能通过非计划性机制（如降解控制）或特定蛋白（如 HFQ）实现定位，但尚未验证 HFQ 的直接作用。
3.部分蛋白（如 MreB）仅在应激条件下定位极点，而如 Ka 蛋白可能持续定位，但具体机制仍需研究。
问题2:
为何小 RNA（sRNA）在应激条件下需定位至极点？
回答2:
1.极点空间较大（染色体排除效应），可能是信号决策中心（如趋化性、糖代谢调控）。
2.蛋白（如 Morn）定位极点不依赖染色体排除，可能与膜脂成分相关（虽不依赖心磷脂，但可能有其他脂质参与）。
3.sRNA 与 HFQ 在非应激条件下也富集于极点，因拷贝数低需通过 Arlocs 技术放大检测。
问题3:
非HFQ依赖的sRNA如何定位？
回答3:
可能存在其他类似HFQ的结合蛋白辅助定位。
问题4:
革兰氏阳性菌（如链球菌）中无HFQ,sRNA如何定位？
回答4:
不同细菌可能有不同机制，需进一步研究（如链球菌的分裂平面记忆机制），未来计划合作探索。
问题5:
细菌作为更古老的生物，无膜结构分隔，极点定位是否与 RNA 结构有关？
回答5:
真核生物 RNA 定位依赖序列和结构，但细菌 sRNA 结构研究较少。其终止子结构可能参与定位，是值得探索的新方向。
问题6:
如何选择敲除的基因或 sRNA，是否具有无偏性？
回答6:
1.基于 sRNA 在极点的富集程度筛选（如选择 HFQ 结合且富集度 > 100 倍的 5 种 sRNA，如 OxyS、OmrB）。
2.选择标准为 “高频结合且高富集”，虽非随机，但旨在研究主要群体的功能，后续可扩展至其他类型 sRNA。
总结
这场报告重新审视细菌转录组织传统理论。内容围绕细菌 RNA 定位、转录与翻译关系、极性相关 RNA 定位机制、sRNA 定位及作用、RNA 伴侣蛋白研究展开，指出细菌mRNA存在细胞质、膜、极区三种定位模式，且定位独立于翻译，转录与翻译机器空间分离。还探讨了 sRNA 功能、Hfq 蛋白应激响应及相分离现象， 为未来的相关研究提供新视角。
Guangzhou RNA club