Cell-Cell communication in Streptococcus mutans – From a global view to the single cell perspective

Lemme, André

The LuxS protein is responsible for the synthesis of the autoinducer-2 (AI-2) signaling molecule. A luxS mutant was complemented genetically, physiologically by heterologous expression of the S-adenosylhomocysteine hydrolase (SahH) and chemically by the addition of pure AI-2. Differences due to the lack of luxS became only obvious using a comparative transcriptome analysis showing differences in the glutamate and sulfur metabolism, which could be complemented by expression of SahH. An influence of AI-2 on the transcriptome and various phenotypes could not be shown. In a previous study it was shown that the transcriptional regulator MleR was induced upon addition of AI-2. This could not be confirmed. It was shown that MleR is a positive regulator for the genes involved in malolactic fermentation. These genes belonged to the early acid tolerance response in S. mutans and were shown to protect against acid stress. To understand the role of the CSP (Competence Stimulating Peptide) peptide in more detail a comparative transcriptome analysis of competent and non-competent cells, which were sorted using flow cytometry, was carried out. A strong enrichment of transcripts of all regulators, transformasome genes and the mutacin immunity protein CipI was achieved, whereas expression of mutacin related genes was similar in all cells. Using microscopy it was shown that a part of the competent subpopulation lysed. This study demonstrates that the expression of the spxB gene was induced upon addition of CSP and that the histidine kinase HK9 was necessary for that induction. Furthermore it was shown that SpxB is a repressor of the CSP mediated competence development since a reduction in the expression of ComX and DNA-uptake was caused by SpxB.

Das LuxS Protein ist verantwortlich für die Synthese des Autoinducer-2 (AI-2) Signalmoleküls. Eine LuxS-Mutante des Karieserregers S. mutans wurde genetisch, physiologisch - durch heterologe Expression der S-adenosylhomocysteinhydrolase (SahH) und chemisch – durch Zugabe von AI-2 komplementiert. Unterschiede der LuxS-Mutante im Vergleich zum Wildtyp zeigten sich nur durch eine vergleichende Transkriptomanalyse, welche Änderungen im Glutamat- und Schwefelmetabolismus aufzeigte. Diese konnten durch Expression von SahH komplementiert werden. Einen Einfluss von AI-2 auf das Transkriptom, sowie verschiedenster Phänotypen konnte nicht gezeigt werden. In einer vorangegangen Studie wurde gezeigt, dass der Transkriptionsregulator MleR durch AI-2 reguliert wurde. Dies konnte nicht bestätigt werden. Es konnte gezeigt werden, dass MleR ein Positivregulator für die Gene der Malat-Laktatfermentation ist, dass diese Gene Teil der frühen Säuretoleranzantwort von S. mutans sind und vor Säurestress schützen. Um die Bedeutung des CSP (Competence Stimulating Peptide) Peptides auf die subpopulationsspezifische Kompetenzentwicklung besser zu verstehen wurde eine vergleichende Transkriptomanalyse von kompetenten und nicht kompetenten Zellen nach durchflusszytometrischer Zellsortierung durchgeführt. Es zeigte sich eine starke Anreicherung der Transkripte aller Regulatoren, Transformasomgene und des Mutacinimmunitätsproteins CipI, wohingegen die Expression der Mutacingene in allen Zellen identisch war. Mikroskopisch zeigte sich, dass ein Teil der kompetenten Subpopulation lysierte. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die Expression des spxB Gens durch Zugabe von CSP induziert wurde und das die Histidinkinase HK9 dafür notwendig war. Weiterhin wird demonstriert, dass SpxB ein Repressor der CSP-vermittelten Kompetenzentwicklung ist, da die Expression von ComX und die DNA-Aufnahme durch SpxB verringert wurden.

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Lemme, André: Cell-Cell communication in Streptococcus mutans – From a global view to the single cell perspective. 2011.

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