In both prokaryote and eukaryote cells, non-coding RNAs (ncRNAs) play an important role in regulation of gene expression. Among more than 100 small ncRNAs of $\emph{E. coli}$, 6S RNA was the first small ncRNA to be sequenced and its secondary structure was proposed, but identification of its function lagged for many years. 6S RNA inhibits transcription by interacting specifically with $\sigma^{70}$-RNA polymerase ($E\sigma^{70}$) to prevent it from associating with its typical target promoter DNA. Given that 6S RNA functions as a modulator for the $E\sigma^{70}$ activity, 6S RNA biosynthesis should be also regulated according to the cellular requirements for the $E\sigma^{70}$ activity.
6S RNA of about 184 nt, a regulatory RNA for transcription in $\emph{Escherichia coli}$, is generated by processing from primary transcripts. The 5′ processing of the primary transcripts from the $\emph{ssrS}$P1 or P2 promoter is carried out by RNase E and RNase G, while it is not known how the 3′ end of 6S RNA is generated. In this study, it was found that there are several Rho factor-dependent termination sites in the downstream sequence about 90 nt away from the 3′ end of 6S RNA, suggesting that the 3′ end of 6S RNA is generated by exonucleolytic trimming from these termination sites. Since the termination sites are within the open reading frame of the downstream promoterless $\emph{ygfA}$ gene, the data imply that\emph{ygfA} expression, implicated in formation of multidrug-tolerant persister cells, could be regulated by Rho factor activity in the cell.
The $\emph{ssrS}$ P1 promoter is a proximal $\sigma^{70}$-dependent promoter and starts transcription initiation at -9, while the $\emph{ssrS}$ P2 promoter is a distal both $\sigma^s$- and $\sigma^{70}$-dependent promoter with the transcription start site at -224. However, it is not known yet how the two promoters contribute to 6S RNA biosynthesis. In this study, the experiment was set out to determine whether transcription from the two promoters is coordinately regulated for 6S RNA biosynthesis. It was found that transcription from P2 promoter was depressed by the shorter transcript from P1 promoter. This result suggests that the presence of a regulatory network for modulating the level of 6S RNA in response to the cellular demands in growth phase.
원핵 세포와 진핵 세포에서, 비전사 RNA (ncRNA)는 유전자 발현에 중요한 역할을 담당한다. 대장균에 100종 이상 존재하는 이들 ncRNA 가운데, 6S RNA는 그 염기 서열과 이차 구조가 밝혀진 최초의 ncRNA 중 하나이다. 6S RNA의 기능에 대한 연구가 몇 년간 진행되어, 6S RNA가 $\sigma^{70}$-RNA 중합효소 ($E\sigma^{70}$)에 특이적으로 결합하여, 이 중합효소가 전형적인 목표 전사촉진유전자 DNA에 결합하는 것을 막는 것이 알려졌다. 이러한 6S RNA의 $E\sigma^{70}$ 활성 조절 기능으로부터, 6S RNA의 생합성 과정이 $E\sigma^{70}$ 활성 조절을 위해 필수적으로 수반되어야 하는 중요한 조절 과정이라고 생각할 수 있다.
6S RNA는 184개의 누클레오티드로 이루어진, 전사 조절 RNA로, 일차 전사체로부터 가공되어 만들어진다. 6S RNA 유전자인 ssrS의 두 전사촉진유전자 P1과 P2에서 만들어진 일차 전사체의 5′ 가공 과정은 RNase E와 RNase G의 작용으로 수행된다고 알려져 있었으나, 3′ 말단이 만들어지는 과정은 확실하게 밝혀져 있지 않았다. 이번 연구에서는 6S RNA의 3′ 말단으로부터 약 90 누클레오티드 거리에서, 몇 자리의 Rho 의존적인 전사종결 지점을 찾아내었고, 이 지점에서 전사종결된 후에 6S RNA가 만들어진다는 것을 밝혀내었다. 이러한 사실은 6S RNA의 3′ 말단은 Rho 의존적인 전사종결 후에 exonuclease의 정돈 작용으로 완성된다는 가설을 뒷받침한다. 6S RNA의 전사종결 지점은 전사촉진유전자를 갖지 않은 $\emph{ygfA}$ 유전자의 ORF 영역에 놓여 있다. 이러한 결과는 $\emph{ygfA}$ 유전자 발현이 Rho 단백질의 활성에 의해 조절되어, persister라고 불리는, 항생제에 내성을 갖는 세포를 만들어내는 과정에 관여할 수 있을 것임을 암시한다.
6S RNA는 자신의 두 전사촉진유전자로부터 전사가 되는데, 하나는 인접한 $\sigma^{70}$ 의존적인 P1이고 다른 하나는 멀리 떨어진, $\sigma^s$와 $\sigma^{70}$에 모두 의존적인 P2이다. 하지만 이들 두 전사촉진유전자가 서로 얼마나 6S RNA의 합성에 기여를 하는지는 알려지지 않았다. 이번 연구에서는 이들 전사촉진유전자의 상호 조절에 대하여 조사를 하였다. 그리하여 exponential 성장 단계에서, P1에서부터 전사되는 짧은 전사체의 존재에 의해 P2 전사촉진유전자의 활성이 감소되는 것을 밝혀내었다. 이러한 결과는 6S RNA의 전사 속도가 세포 성장 주기에 따라 조절되어, 이를 통해 다른 유전자 발현의 조절에 이용될 수 있음을 의미한다.
