Identification and characterization of regulatory factors and regulatory RNA elements controlling the expression of the primary invasion factors invasin and YadA in Yersinia pseudotuberculosis

Böhme, Katja

The enteropathogen Yersinia pseudotuberculosis enters the host through the intestine by trespassing the M-cells of the ileum. Here, the bacteria express the primary invasion factor invasin (inv) which is turned off during later infection phases. Instead, the outer membrane protein YadA is produced. Expression of these important virulence factors is controlled by environmental triggers (e.g. temperature) in an opposite manner and, through complex regulatory cascades, leads to either inv or yadA transcription. This work demonstrates that the nucleoid-associated protein YmoA interconnects both cascades. Active YmoA is required for indirect stabilization of the small RNA CsrC. CsrC sequesters the RNA-binding protein CsrA and so prevents RovM synthesis which in turn derepresses the transcription of the inv activator RovA. CsrC stability also strongly depends on the presence of CsrA whereas the RNA-chaperone Hfq affects its transcription. Further, this work shows that YmoA negatively regulates yadA expression by inhibiting the transcription of its activator LcrF at 25°C, which is transcribed in an operon with yscW. At 37°C, YmoA is degraded by ATP-dependent Clp/Lon proteases resulting in reduced inv and upregulated yadA transcription. Despite the temperature-dependent expression of the lcrF gene, it was shown by computational, mutational and in vitro studies that the translation of its mRNA is regulated by the presence of a FourU thermometer in the 5’ untranslated region of lcrF. At 25°C, LcrF production is inhibited due to sequestration of the ribosomal binding site by the FourU motif. Additionally, Hfq is implicated in the synthesis of LcrF by positively affecting the protein production at higher temperatures. In conclusion, YmoA and Hfq represent pivotal regulators helping Yersinia to switch from early to later phases gene expression in a temperature-depending manner. Further, lcrF translation is regulated on the posttranscriptional level by a FourU thermometer.

Der Enteropathogen Yersinia pseudotuberculosis gelangt in den Wirt, in dem er über den Magen-Darm-Trakt in die M-Zellen des Ileums eindringt. Die Bakterien produzieren hierfür den primären Invasionsfaktor Invasin (inv), dessen Expression in späteren Infektionsphasen abgeschaltet ist. Stattdessen wird das Außenmembranprotein YadA produziert. Die Expression dieser beiden wichtigen Virulenzfaktoren wird durch Umweltfaktoren wie Temperatur gegensätzlich kontrolliert und führt mittels komplexer Signalkaskaden entweder zur inv- oder yadA-Transkription. Diese Arbeit zeigt, dass das Nukleoid-assoziierte Protein YmoA die Expression von inv aktiviert. YmoA wirkt indirekt auf die Stabilität der regulatorischen RNA CsrC. CsrC sequestriert das RNA-bindende Protein CsrA und verhindert so die RovM-Synthese, was im weiteren die Transkription des inv-Aktivators RovA dereprimiert. Die CsrC-Stabilität hängt stark von der CsrA-Präsenz ab, wohingegen das RNA-Chaperon Hfq auf dessen Transkripion wirkt. Weiterhin zeigt sich, dass YmoA die yadA-Expression reguliert, indem es die Expression seines Aktivators LcrF im yscW-lcrF-Operon bei 25°C inhibiert. Bei 37°C wird YmoA durch ATP-abhängige Clp/Lon-Proteasen abgebaut, was zu geringerer inv- aber erhöhter yadA-Expression führt. Neben der Temperatur-abhängigen lcrF-Transkription wurde durch Computer-, Mutations- und in-vitro-Studien gezeigt, dass die Translation der mRNA durch ein FourU-Thermometer in der 5’-untranslatierten Region reguliert wird. Bei 25°C wird die LcrF-Produktion durch Sequestrierung der ribosomalen Bindestelle mittels des FourU-Motivs inhibiert. Außerdem beeinflusst Hfq die LcrF-Synthese bei 37°C positiv. Zusammenfassend stellen YmoA und Hfq Schlüsselregulatoren dar, die Yersinia helfen, von der Genexpression der frühen zu der der späten Infektionsphasen vor allem in Abhängigkeit von der Temperatur umzuschalten. Außerdem wird die Translation des Regulators LcrF posttranskriptionell durch ein FourU-Thermometer reguliert.

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Böhme, Katja: Identification and characterization of regulatory factors and regulatory RNA elements controlling the expression of the primary invasion factors invasin and YadA in Yersinia pseudotuberculosis. 2010.

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