pentafosfato de guanosina

El (p)ppGpp se crea mediante la pppGpp sintasa , también conocida como RelA, y se convierte de pppGpp a ppGpp mediante la pppGpp fosfohidrolasa. RelA está asociada a aproximadamente uno de cada doscientos ribosomas y se activa cuando una molécula de ARN de transferencia (ARNt) sin carga entra en el sitio A del ribosoma, debido a la falta del aminoácido requerido por el ARNt. Si una bacteria mutante es relA ^−, se dice que está relajada y no se observa regulación de la producción de ARN debido a la ausencia de aminoácidos.

Escherichia coli produce una segunda proteína responsable de la degradación de (p)ppGpp, SpoT . Cuando se restablece el equilibrio de aminoácidos en la célula, SpoT hidroliza (p)ppGpp y lo devuelve a un estado energéticamente más favorable. Esta proteína también tiene la capacidad de sintetizar (p)ppGpp y parece ser la principal sintasa en ciertas condiciones de estrés. La mayoría de las demás bacterias codifican una sola proteína responsable tanto de la síntesis como de la degradación de (p)ppGpp, generalmente homólogas de SpoT.

El ppGpp inhibe la formación del dipéptido de iniciación fMet-Phe mediada por IF2, probablemente al interferir con las interacciones de las subunidades 30S y 50S. E. coli acumula más ppGpp que pppGpp durante la privación de aminoácidos, y el ppGpp tiene una eficiencia aproximadamente 8 veces mayor que la del pppGpp. Mientras que B. subtilis acumula más pppGpp que ppGpp.

En E. coli, la privación de aminoácidos inhibió la replicación del ADN en la etapa de iniciación en oriC, muy probablemente debido a la falta de la proteína de iniciación de la replicación DnaA. En B. subtilis, la detención de la replicación debido a la acumulación de (p)ppGpp es causada por la unión de una proteína Rtp a sitios específicos a unos 100-200 kb de distancia de oriC en ambas direcciones. La primasa de ADN (DnaG) fue inhibida directamente por (p)ppGpp. A diferencia de E. coli, B. subtilis acumula más pppGpp que ppGpp; el nucleótido más abundante es un inhibidor más potente de DnaG. ppGpp puede unirse con la proteína Obg que pertenece a la familia de proteínas GTPasa pequeñas conservadas. La proteína Obg interactúa con varios reguladores (RsbT, RsbW, RsbX) necesarios para la activación por estrés de sigma B.

Los niveles de (p)ppGpp del huésped parecen actuar como un sensor para el desarrollo del fago lambda, afectando principalmente la transcripción. Niveles moderados de ppGpp inhiben pR y activan los promotores pE, pI y paQ in vivo y tienen efectos in vitro que parecen favorecer la lisogenia. Por el contrario, la ausencia o las altas concentraciones de (p)ppGpp favorecen la lisis. Niveles moderados de ppGpp favorecen la lisogenia al conducir a bajos niveles de HflB (FtsH). Cuando ppGpp está ausente o es alto, los niveles de la proteasa HflB son altos; esto conduce a niveles más bajos de CII (una proteína del fago que promueve la lisogenia) y favorece la lisis.

El ppGpp inhibe directamente la transcripción desde los promotores ribosomales. Un modelo postula que el ppGpp y la DksA, actuando conjuntamente e independientemente, disminuyen la estabilidad de los complejos abiertos formados en el ADN por la ARN polimerasa (RNAP). Otro modelo se basa en el mecanismo de atrapamiento. En este modelo, la RNAP queda atrapada por el ppGpp en complejos cerrados, lo que le impide iniciar la transcripción. Por lo tanto, el ppGpp parece actuar en múltiples niveles, y su mecanismo de acción es el resultado complejo de diversos factores, entre los que destacan las propiedades intrínsecas del promotor. La activación de la transcripción por el ppGpp puede ser directa o indirecta. La activación directa se produce cuando la RNAP interactúa con efectores, como el ppGpp, la DksA o ambos, para incrementar la transcripción desde un promotor determinado. La activación indirecta de un promotor por estos efectores depende de la inhibición de otros promotores (fuertes), lo que aumenta la disponibilidad de RNAP y, a su vez, activa indirectamente el inicio de la transcripción. Los promotores activados directamente por ppGpp incluyen P argI , P thrABC , P livJ y P hisG . Los promotores de activación indirecta incluyen aquellos que dependen de factores sigma: S, H, N y E. Cuando se inhiben promotores fuertes, como rrn , hay más ARN polimerasa disponible para estos factores sigma alternativos.

Cuando (p)ppGpp está ausente, la patogenicidad se ve comprometida por razones que varían según el organismo estudiado. La eliminación de los genes rel A y spo T, pero no solo de rel A, produjo un estado (p)ppGpp ⁰ que resultó en una fuerte atenuación en ratones y no invasividad in vitro. Las pruebas de vacunas revelan que 30 días después de una sola inmunización con la cepa (p)ppGpp ⁰ , los ratones estaban protegidos contra el desafío con Salmonella de tipo salvaje a una dosis 10 ^{6 veces superior a la LD} ₅₀ establecida .

Se propuso que el aumento de la síntesis de (p)ppGpp causaría la acumulación de polifosfato (PolyP) en E. coli . ^{[ 8 ]} La alarmona podría interactuar con la exopolifosfatasa PPX , lo que inhibiría la hidrólisis de PolyP, causando así su acumulación en las bacterias. Aunque recientemente se ha demostrado que en realidad es DksA y no (p)ppGpp la que causa esta acumulación. ^{[ 9 ]} Se ha demostrado en Pseudomonas aeruginosa que el mutante phoU ( phoU pertenece al regulón Pho ) sintetiza más (p)ppGpp y esta sería una de las razones por las que acumula más polifosfato. ^{[ 10 ]}