La guanosina pentafosfato (pppGpp) e la guanosina tetrafosfato (ppGpp), indicate collettivamente come (p)ppGpp, sono alarmoni coinvolti nella risposta allo stress nutrizionale dei batteri. In condizioni di limitata disponibilità di amminoacidi, il (p)ppGpp reprime la sintesi dell'RNA ribosomiale (rRNA), riducendo la biogenesi dei ribosomi e, di conseguenza, la capacità di sintesi proteica della cellula. Questo adattamento consente di limitare il consumo di amminoacidi e di riallocare le risorse verso processi essenziali per la sopravvivenza. Inoltre, il (p)ppGpp promuove l'espressione di altri geni con un ruolo nella risposta allo stress, tra cui quelli legati all'assorbimento di amminoacidi (dal terreno di coltura) e alla biosintesi. Questi alarmoni sono conservati anche nelle piante, dove hanno un ruolo nella regolazione della crescita e nei processi di sviluppo. Furono scoperti da Michael Cashel nel 1969.
Sintesi e degradazione La dinamica del (p)ppGpp è stata caratterizzata in modo più approfondito nell'organismo modello Escherichia coli. In questo batterio, il (p)ppGpp viene sintetizzato a partire da ATP e GTP dall'enzima RelA, che è in grado di associarsi ai ribosomi e viene attivato quando un RNA transfer (tRNA) scarico occupa il sito A del ribosoma. Poiché questo evento si verifica con maggiore frequenza in condizioni di limitata disponibilità di amminoacidi, RelA consente alla cellula di rilevare e monitorare dinamicamente il loro stato di disponibilità, modulando di conseguenza la sintesi di (p)ppGpp. L'idrolisi del (p)ppGpp è invece catalizzata dall'enzima SpoT, una proteina bifunzionale che, in specifiche condizioni fisiologiche, è anch'essa in grado di sintetizzare questo nucleotide segnale. Nel regno batterico sono presenti numerosi omologhi di RelA e SpoT, accomunati dalla capacità di sintetizzare e/o degradare il (p)ppGpp.
Funzione In Escherichia coli, il (p)ppGpp regola la trascrizione legandosi all'RNA polimerasi (RNAP) in due siti distinti, inducendo cambiamenti conformazionali che ne riducono l'affinità per i promotori degli operoni codificanti l'RNA ribosomiale (rRNA) e le proteine ribosomali. La proteina DksA potenzia questo meccanismo stabilizzando il legame del (p)ppGpp a uno dei due siti dell'RNA polimerasi. In altri batteri, la regolazione trascrizionale mediata dal (p)ppGpp è meno diretta. Nei Bacillota, ad esempio, il (p)ppGpp agisce principalmente modulando la concentrazione intracellulare di GTP. La riduzione della disponibilità di questo nucleotide limita l'attività dei promotori che richiedono elevate concentrazioni di GTP per l'inizio della trascrizione, tra cui quelli degli operoni ribosomali. Note
Categoria:Organofosfati Categoria:Citologia Categoria:Nucleotidi Categoria:Espressione genica