Bacillus subtilisおよびEscherichia coli tRNAにおける5-ヒドロキシウリジン合成に必要な遺伝子の同定と特性評価

バクテリアでは、4倍の変性ファミリーコドンをデコードし、抗コドンの位置にウリジンを持つTRNAは、通常、5-メトキシウリジン（MO5U）または5-メトキシカルボニルメトキシウリジン（MCMO5U）のいずれかで修飾されます。これらの変更は、ぐらつき位置での一部のコドンの拡張認識にとって重要です。これらの修飾のアルキル化ステップは報告されていますが、5-ヒドロキシウリジン（HO5U）を与えるためにU34のヒドロキシル化に必要な遺伝子は不明のままです。ここでは、HO5Uの野生型レベル（WT）レベルに必要な大腸菌と亜種の多くの遺伝子が特定されています。yrrmnoオペロンは、B。subtilisでHo5uの生合成にとって重要であると特定されています。YRRNとYRROはどちらもペプチダーゼU32ファミリー遺伝子とのホモログです。これには、YRRNまたはYRROの大腸菌削除においてHO5C合成に必要なRLHA遺伝子、またはその両方がMO5U TRNAレベルの50％の減少をもたらします。大腸菌では、YEGQがHO5U合成に関与する4つのペプチダーゼU32遺伝子のうち唯一の1つであることがわかりました。興味深いことに、この変異体は、B。subtilis変異体でMo5uで観察されたものと同じ50％の（M）Cmo5Uの減少を示しています。YEGQホモログのゲノムコンテキストを分析することにより、フェレドキシンYFHLは、YEGQのHO5U合成にYEGQの追加遺伝子と同程度に必要であることが示されています。。一緒に、これらのデータは、細菌のHO5U生合成がHO5Cのそれと類似していることを示唆していますが、完全な修飾には追加の遺伝子と基質が必要です。これらの修正の生合成は、細胞内のユニークな生化学と代謝を明らかにするための肥沃な地盤でした。この研究では、いくつかのTRNAのぐらつき位置でのウリジンの新規嫌気性ヒドロキシル化に必要な遺伝子は、亜種と大腸菌の両方で識別されます。両方の生物で50％。Fe-Sクラスターと前誘発性生合成に必要な追加の遺伝子および以前に記載されたフェレドキシン遺伝子はすべて、ヒドロキシウリジンレベルの同様の減少を示し、修飾にはさらに他の遺伝子が必要であることを示唆しています。

In bacteria, tRNAs that decode 4-fold degenerate family codons and have uridine at position 34 of the anticodon are typically modified with either 5-methoxyuridine (mo5U) or 5-methoxycarbonylmethoxyuridine (mcmo5U). These modifications are critical for extended recognition of some codons at the wobble position. Whereas the alkylation steps of these modifications have been described, genes required for the hydroxylation of U34 to give 5-hydroxyuridine (ho5U) remain unknown. Here, a number of genes in Escherichia coli and Bacillus subtilis are identified that are required for wild-type (wt) levels of ho5U. The yrrMNO operon is identified in B. subtilis as important for the biosynthesis of ho5U. Both yrrN and yrrO are homologs to peptidase U32 family genes, which includes the rlhA gene required for ho5C synthesis in E. coli Deletion of either yrrN or yrrO, or both, gives a 50% reduction in mo5U tRNA levels. In E. coli, yegQ was found to be the only one of four peptidase U32 genes involved in ho5U synthesis. Interestingly, this mutant shows the same 50% reduction in (m)cmo5U as that observed for mo5U in the B. subtilis mutants. By analyzing the genomic context of yegQ homologs, the ferredoxin YfhL is shown to be required for ho5U synthesis in E. coli to the same extent as yegQ Additional genes required for Fe-S biosynthesis and biosynthesis of prephenate give the same 50% reduction in modification. Together, these data suggest that ho5U biosynthesis in bacteria is similar to that of ho5C, but additional genes and substrates are required for complete modification.IMPORTANCE Modified nucleotides in tRNA serve to optimize both its structure and function for accurate translation of the genetic code. The biosynthesis of these modifications has been fertile ground for uncovering unique biochemistry and metabolism in cells. In this work, genes that are required for a novel anaerobic hydroxylation of uridine at the wobble position of some tRNAs are identified in both Bacillus subtilis and Escherichia coli These genes code for Fe-S cluster proteins, and their deletion reduces the levels of the hydroxyuridine by 50% in both organisms. Additional genes required for Fe-S cluster and prephenate biosynthesis and a previously described ferredoxin gene all display a similar reduction in hydroxyuridine levels, suggesting that still other genes are required for the modification.