Posttranskriptionelle Genregulation in α-Proteobakterien : neue Aspekte zu der kleinen RNA StsR und dem DUF1127 Protein CcaF1 in Rhodobacter sphaeroides

Abstract

Mikroorganismen passen ihre Genexpression den schnell wechselnden Bedingungen in ihrem Lebensraum an. Dazu besitzen Bakterien komplexe transkriptionelle und posttranskriptionelle Regulationsmechanismen, die ihnen eine Anpassung an umweltbedingte Einflüsse ermöglichen. Extra und intrazelluläre Signale, wie der Eintritt in die stationäre Phase durch Nährstofflimitierungen oder Zellschäden, lösen in Bakterien eine Stressantwort aus. Bakterien induzieren die Stressantwort auf transkriptioneller Ebene durch alternative σ-Faktoren, bei denen es sich um Promotor-spezifische Untereinheiten der RNA-Polymerase handelt, die durch verschiedene Stressbedingungen aktiviert werden. Eine Stressantwort wird zudem posttranskriptionell durch ein Netzwerk aus regulatorischen RNAs (sRNAs), RNA-Bindeproteinen und Ribonukleasen reguliert. Die Stressantwort wirkt sich in Bakterien unter anderem auf die Zellteilung aus, die inhibiert wird, um das Überleben der einzelnen Zelle oder der gesamten Population zu sichern. Für viele Bakterienspezies ist der regulatorische Mechanismus der Zellteilung noch unbekannt. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass die nicht kodierende sRNA StsR (small RNA targets small RNA; RSs0827) eine zentrale Funktion bei der Kontrolle der Zellteilung und des Wachstums des phototrophen Bakteriums R. sphaeroides besitzt. Die sRNA StsR wird unter verschiedenen Stressbedingungen und in der stationären Phase durch die alternativen σ-Faktoren RpoHI/HII exprimiert. StsR bindet über das RNA-Chaperon Hfq sowohl an die sRNA UpsM (upstream sRNA mraZ; RSs0682), die durch eine transkriptionelle Termination in der 5´ UTR des dcw (division and cell wall) Genclusters generiert wird, als auch an die UpsM RNA-Sequenz als Teil der 5´ UTR des polycistronischen dcw mRNA read-through Transkripts. Die sRNA-sRNA und sRNA mRNA Interaktion führen zu einer Strukturänderung in den Ziel-RNA-Molekülen, wodurch eine RNase E-abhängige Prozessierung induziert wird. Dieser Mechanismus reduziert die mRNA-Spiegel des dcw Genclusters, was sich wiederum auf die Zellteilung und das damit verbundene Wachstum von R. sphaeroides auswirkt. Neben regulatorischen RNAs spielen in der posttranskriptionellen Genregulation auch RNA Bindeproteine eine wichtige Rolle. Untersuchungen in dieser Arbeit zu den DUF1127 Proteinen CcaF1 (conserved CcsR associated factor; RSP_6037) und RSP_0557 zeigen, dass es sich bei der DUF1127 Domäne um eine neue RNA-Bindedomäne handelt. Beide Proteine besitzen 71 Aminosäuren und werden als sogenannte „kleine Proteine“ bezeichnet. Die DUF1127 Domäne, die sich im N-terminalen Bereich von CcaF1 befindet und 35 Aminosäuren umfasst, vermittelt die Interaktion des Proteins mit RNA-Molekülen. Dabei hat das DUF1127 Protein CcaF1 einen Einfluss auf die Prozessierung, Reifung und Degradation der sRNAs CcsR1-4 und anderer kodierender und nicht kodierender RNA-Transkripte. Aktuelle Datenbanken listen mittlerweile mehr als 17.000 Proteine mit einer DUF1127 Domäne in der Gruppe der α- und γ-Proteobakterien. Dies deutet auf eine konservierte Funktion dieser Proteine hin, die jedoch in weiteren Experimenten charakterisiert werden muss.