Die Temperatur- und Wachstumsphasen-abhängige Regulation des globalen Virulenzregulators RovA aus Yersinia pseudotuberculosis

Herbst, Katharina

Temperature is one of the most crucial signals sensed by pathogenic bacteria to adapt their gene expression program to changing environmental conditions inside and outside the host organism. In Yersinia pseudotuberculosis expression of early virulence genes is regulated by the global transcriptional regulator RovA. rovA expression is regulated by temperature and growth phase. In this work it was demonstrated that RovA acts as an intrinsic protein thermometer that controls its DNA-binding ability by temperature induced structural alterations. In addition, thermo-induced unfolding and, accordingly, reduced DNA binding under non-inducing conditions was found to increase the susceptibility of the protein to degradation by the Lon and ClpP proteases. Furthermore, a secreted factor is responsible for growth phase-dependent regulation of RovA synthesis. This factor, similar to the aromatic compound salicylate, prevents RovA degradation in stationary growth phase. The affinity for the ligand is depending on the hydroxyl group position on the aromatic ring. Production of the RovA-stabilizing factor occurs under nutrient rich conditions in stationary growth phase. Moreover, it was shown that the rovA gene is heterogeneously expressed. Two distinct populations could be observed at 32°C during exponential growth. Based on the known rovA regulatory mechanisms it is suggested that heterogeneous rovA expression originates from bistability. Taken together, the temperature and growth phase dependent RovA regulation and the resulting heterogeneous gene expression both constitute a new example of how a microbial pathogen is able to rapidly adjust its virulence gene expression program to changing environmental conditions during the course of an infection.

Temperatur ist eines der wichtigsten Signale das ein Bakterium wahrnimmt, um seine Genexpression an die Umweltbedingungen, die innerhalb und außerhalb eines Wirtsorganismus herrschen, anzupassen. Die Expression der frühen Virulenzgene in Yersinia pseudotuberculosis wird durch den globalen Transkriptionsregulator RovA kontrolliert. Die Expression des rovA Gens selbst wird sowohl durch die Temperatur als auch durch die Wachstumsphase reguliert. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass RovA als Proteinthermometer fungiert, das seine DNA-Bindekapazität durch Temperatur-induzierte strukturelle Veränderungen kontrollieren kann. Zudem führt eine verringerte DNA-Bindung unter nicht-induzierten Bedingungen zu erhöhtem Abbau des Proteins durch die Lon und ClpP Proteasen. Weiterhin konnte ein unbekannter Faktor identifiziert werden, der für die Wachstumsphasen-abhängige Regulation von RovA verantwortlich ist. Dieser Salicylsäure-ähnliche Faktor verhindert einen Abbau von RovA in stationärer Wachstumsphase. Die Affinität des Faktors zu RovA ist von der Position der Hydroxylgruppe an seinem aromatischen Ring abhängig. Zudem wird die Synthese des stabilisierenden Faktors von der Zusammensetzung des Wachstumsmediums bestimmt. Zusätzlich konnte in dieser Arbeit eine Heterogene Expression des RovA Gens gezeigt werden. Bei 32°C in exponentieller Wachstumsphase wurden zwei unterschiedliche Populationen in einer Yersina Kultur identifiziert. Basierend auf den bekannten regulatorischen Mechanismen kann daraus geschlossen werden, dass die heterogene Expression von rovA möglicherweise auf Bistabilität zurückzuführen ist. Zusammenfassend stellen sowohl die Temperatur- und Wachstumsphasen-abhängige Regulation von RovA als auch die daraus resultierende heterogene Expression von des rovA Gens ein neues Beispiel dar, wie mikrobielle Pathogene ihre Genexpression im Laufe einer Infektion schnell an wechselnde Umweltbedingungen anpassen können.

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Herbst, Katharina: Die Temperatur- und Wachstumsphasen-abhängige Regulation des globalen Virulenzregulators RovA aus Yersinia pseudotuberculosis. 2011.

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