Em E. coli, o núcleo da RNA polimerase é formado por 5 subunidades: uma única cópia de cada uma das subunidades β, β’ e ω, e mais duas cópias da subunidade α (ISHIHAMA, 2000). As subunidades β e β' formam o sítio ativo da enzima, a porção amino-terminal da subunidade α está envolvida na montagem das subunidades β e β’, enquanto que a porção carboxi-terminal é a responsável pela ligação à região promotora do gene no DNA (BROWNING; BUSBY, 2004). O papel da subunidade ω ainda não está totalmente esclarecido.
Embora seja cataliticamente ativo, o núcleo da RNA polimerase somente é capaz de se ligar a região promotora do gene e iniciar a transcrição por meio de uma sexta subunidade conhecida como fator σ. Juntos, o fator σ e o cerne formam a holoenzima (Eσ) (BROWNING; BUSBY, 2004). Portanto, o fator σ reconhece especificamente e posiciona a RNA polimerase na região promotora do gene, além de facilitar o desenrolamento da dupla fita de DNA (WÖSTEN, 1998; BROWNING; BUSBY, 2004). Embora se acredite que o fator σ seja liberado após o início da transcrição (METZGER et al., 1993), foi mostrado que em muitos casos, o fator σ70 permanece ligado ao cerne da polimerase durante o processo de transcrição (MUKHOPADHYAY et al., 2001; KAPANIDIS et al., 2005).
(ou σ28), σE (ou σ24) σFecI e σN (ou σ54), Os seis primeiros estão incluídos na família de fatores σ70, que reconhecem sequências de 5 a 6 pares de bases localizadas aproximadamente nas posições -35 e -10 em relação ao sítio de início de transcrição. Já a família de fatores σ54 é formada por proteínas funcionalmente similares, mas estruturalmente distintas da família σ70 (PAGET; HELMANN, 2003; WÖSTEN, 1998). O principal fator σ é σ70 ou σD, também conhecido como fator σ vegetativo, pois está envolvido na transcrição de genes predominantemente expressos durante a fase exponencial de crescimento (TANAKA et al., 1993).
O fator σs ou RpoS é o principal fator σem E. coli depois de σ70. Seu nome foi dado devido ao fato de estar associado a resposta celular à carência de nutrientes (starvation) e ser predominantemente expresso durante a entrada na fase estacionária de crescimento (stationary) (LANGE; HENGGE-ARONIS, 1991). Também é conhecido como σ38, devido ao seu peso molecular de 38 kDa comum em muitas linhagens de E. coli (mas não em todas). É considerado o regulador chave na resposta geral ao estresse, que ocorre quando há uma pausa ou diminuição drástica no crescimento, desencadeando mecanismos para a sobrevivência da célula nessas situações (HENGEE-ARONIS, 2002).
A maioria dos cerca de 70 genes regulados por σS estão envolvidos na reposta geral ao estresse, ativada na presença de radiação ultravioleta, choque térmico, pH ácido, estresse oxidativo, hiper-osmolaridade e etanol. σS induz modificações no envelope celular que alteram a morfologia da célula e também está relacionado à morte celular programada. Os níveis de σS também aumentam em resposta à carência de fontes de carbono, nitrogênio, fosfato e aminoácidos, bem como também devido ao aumento da densidade celular (HENGEE-ARONIS, 2002).
σS é codificado pelo gene rpoS, formando um operon com o gene nlpD (LANGE; HENNGE-ARONIS, 1994a). Por este motivo, σS é também chamado RpoS. A regulação da expressão de RpoS é muito complexa, sendo controlada ao nível da transcrição, tradução e estabilidade da proteína (LANGE; HENNGE-ARONIS, 1994b). Embora os níveis de RpoS sejam baixos em células em crescimento exponencial, os níveis de seu mRNA são relativamente altos. Isto sugere que a regulação de RpoS se dá principalmente ao nível pós-transcricional (LANGE;
HENNGE-ARONIS, 1994b).
Entre as principais moléculas envolvidas na regulação da transcrição de rpoS podemos citar cAMP, polifosfatos e o nucleotídeo (p)ppGpp. Este último será descrito abaixo com mais detalhes. O complexo CRP-cAMP regula negativamente
rpoS (LANGE; HENNGE-ARONIS, 1994b), enquanto que polifosfatos (SHIBA et al.,
1997) e (p)ppGpp têm efeito positivo. Células deficientes na síntese de (p)ppGpp expressam menos RpoS, e quando os níveis de (p)ppGpp são elevados artificialmente, ocorre acúmulo de RpoS, mesmo durante a fase exponencial (GENTRY et al., 1993).
Após sua síntese, RpoS pode sofrer extensa proteólise. De fato, este é o principal mecanismo de modulação dos níveis de RpoS na célula (LANGE; HENGGE-ARONIS, 1994b). Além disso, RpoS também é regulado ao nível de tradução pelo mRNA de pst. Ruiz e Silhavy (2003) mostraram que uma mutação
pstS constitutiva, ou seja, que é deficiente na síntese de PstS, mas que expressa os
genes distais do operon (pstC-pstA-pstB-phoU), produz níveis altos de RpoS durante a fase exponencial de crescimento. Schurdell et al. (2007) sugeriram que o efeito positivo de Pst sobre RpoS é devido ao fato de que a região intergênica entre pstA e
pstB formada pelo processamento do mRNA de pst (AGUENA et al., 2002) é similar
a um pequeno RNA (DsrA) que normalmente interage com a região 5’ não- codificadora de rpoS, estimulando a tradução de seu mRNA. O mRNA intergênico entre pstA e pstB estaria mimetizando o efeito positivo de DsrA sobre a tradução de
rpoS.
Devido a natureza de sua função regulatória global, é de se esperar que fatores σ alternativos regulem a expressão de genes diretamente ou indiretamente relacionados à virulência (KAZMIERCZAK et al., 2005). De fato, RpoS está envolvido na regulação da patogenicidade em várias bactérias.
Análises da expressão das proteínas Esp, bem como da região promotora do operon LEE4 em EHEC mostraram que a transcrição desses genes é positivamente regulada por RpoS (BELTRAMETTI et al., 1999). Nesta bactéria, rpoS também aumentou o nível de adesão à cultura de células intestinais (BHAGWAT et al., 2006) e a expressão dos operons de LEE via o RNA regulador DsrA, que requer RpoS
para seu efeito positivo sobre a expressão de ler (LAABERKI et al., 2006). Além disso, a expressão de hemolisina é fortemente dependente de RpoS em EHEC (LI et
al., 2008). RpoS também regula positivamente a expressão de genes de LEE, e é
essencial para a virulência de C. rodentium (DONG et al., 2009).
Em um modelo de competição, o mutante rpoS de uma linhagem de E. coli patogênica intestinal de rato colonizou o intestino grosso em um nível significativamente mais alto do que a linhagem selvagem (KROGFELT et al., 2000). Em V. cholerae, Yildiz e Schoolnik (1998) mostraram que rpoS não tem efeito sobre a sobrevivência da bactéria em intestinos de ratos. Porém, Merrel et al. (2000), relataram que o mutante rpoS colonizou significativamente menos que a cepa selvagem em um ensaio de competição.
Em Salmonella enterica sorovar Typhimurium, mutantes rpoS apresentaram menor capacidade em colonizar placas de Peyer após infecção oral em camundongos. RpoS controla a expressão dos genes plasmidiais spv envolvidos na virulência desta bactéria, e também regula genes cromossomais associados à virulência (FANG et al., 1992; NOREL et al., 1992; KOWARZ et al., 1994; NICKERSON; CURTISS III, 1997; WILMES-RIESENBERG et al., 1997). RpoS também é fundamental para a expressão de Yst, uma enterotoxina de Yersinia
enterocolitica (IRIARTE et al., 1995) e para a invasão de células endoteliais
microvasculares do cérebro por uma cepa de E. coli K1 (WANG; KIM, 2000). RpoS também afeta positivamente a formação de biofilmes por E. coli. Mutações em rpoS afetam a densidade e o arranjo das células no biofilme (ADAMS; MCLEAN, 1999).