Role of the delta subunit of RNA polymerase in Streptococcus mutans

Xue, Xiaoli

Die Delta-Untereinheit der RNA-Polymerase, RpoE, ist ein einzigartiges Protein in Gram-positiven Bakterien und trägt zur Erhöhung der Transkriptionspezifität bei. In dieser Arbeit wurde die Bedeutung von RpoE des human pathogenen Karieserregers Streptococcus mutans systematisch untersucht. Eine vergleichende Transkriptomanalyse des Wildtyps und einer RpoE-Mutanten wurde in der logarithmischen und stationären Phase, sowie unter Säure- und Wasserstoffperoxidstress durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass RpoE ein globaler Modulator der Genexpression in S. mutans ist. Insgesamt führte die Deletion von RpoE zu einer differentiellen Expression von 330 intergenischen Regionen und 550 Genen. Signifikante Unterschiede traten bei Genen für den Transport und den Metabolismus von Kohlenhydraten (KH) und Aminosäuren auf. Unter allen Bedingungen waren insbesondere Gene der Histidin Synthese, der Malat-Laktat-Fermentation und der Biofilmbildung in der Mutante herunter reguliert. Eine vergleichende Proteomanalyse von Proben der logarithmischen Phase zeigte Konzentrationsunterschiede von Proteinen des KH-Metabolismus, der Proteinsynthese und der Stressantwort. Im Vergleich zum Wildtyp zeigte die RpoE-Mutante geringere Änderungen innerhalb des Proteoms beim Übergang in die stationäre Phase und unter Sauerstoffstress, jedoch größere Änderungen unter Säurestress. Phänotypisch traten durch die Deletion von RpoE ein verlangsamtes Wachstum, eine erhöhte Sensitivität gegenüber Säure- und Sauerstoffstress, sowie eine geänderte Biofilmstruktur auf. Im Vergleich zum Wildtyp wies die Mutante eine erhöhte Aggregationfähigkeit, Adhäsion an humanen extrazellulären Komponenten, Resistenz gegenüber Antibiotika, sowie die Nutzung eines größeren Spektrums an KH auf. Es zeigte sich jedoch eine Verringerung der Antigenität. Durch den signifikanten Einfluss auf das Transkriptom, das Proteom und auf das Phenom zeigt diese Arbeit, dass RpoE in S. mutans von globaler Bedeutung ist.

The delta subunit of RNA polymerase, RpoE, is a unique protein in Gram-positive bacteria and plays a role in enhancing transcription specificity. This thesis presents a systematic study on the role of RpoE in the human dental caries pathogen Streptococcus mutans. Transcriptome comparison of the ¦¤rpoE mutant to the wild type in the log phase and the early stationary phase of growth, under acid and hydrogen peroxide stress and under both stresses combined conditions showed RpoE is a global modulator of gene expression in S. mutans. Loss of RpoE resulted in differential expression of 330 non-coding regions and 550 genes if all experimental conditions were combined. Significant changes were found in genes for transport and metabolism of carbohydrates and amino acids. Especially, genes involved in histidine synthesis, malolactic fermentation, and biofilm formation were downregulated in the mutant under all conditions. Proteome comparison of the mutant to the wild type at the log phase revealed changes in the abundance of proteins for carbohydrate metabolism, protein synthesis, and stress responses. The mutant showed reduced responses in comparison to the wild type in the transition into the stationary growth phase and under the oxidative stress, and increased responses under the acid stress. Phenotypic analyses showed that inactivation of rpoE caused impaired growth, reduced sensitivity to the acid and oxidative stresses, and an altered biofilm structure. Moreover, the mutant had increased aggregation, adherence to human extracellular matrix components, resistance to antibiotics, and broader carbon substrate spectrum, but reduced antigenicity. Thus, RpoE had multi-dimensional influences in S. mutans on transcriptome, proteome and phenome levels.

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Xue, Xiaoli: Role of the delta subunit of RNA polymerase in Streptococcus mutans. 2011.

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