Die Auswirkung von Umwelteinflüssen auf die mRNA Stabilitäten in Rhodobacter sphaeroides : Globale Untersuchungen der mRNA Halbwertszeiten unter aeroben, microaeroben und phototrophen Wachstumsbedingungen
Ein wichtiger Schritt der Genexpression findet auf Ebene der posttranskriptionalen Regulation durch Prozessierung und Degradation von RNA statt. Die Zeit, in der eine messenger RNA der Zelle zur Translation zur Verfügung steht hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Menge des kodierten Proteins. So eröffnet eine Einflussnahme auf die Stabilität eines Transkriptes dem Organismus eine weitere Möglichkeit, sich optimal an seine Umwelt anzupassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein transkriptomweiter Vergleich der Halbwertszeiten von über 4000 Transkripten im Alphaproteobakterium Rhodobacter sphaeroides durchgeführt. Hauptaugenmerk lag dabei auf der Betrachtung der Unterschiede, die sich aus den drei Wachstumsbedingungen aerob, microaerob und phototroph ergaben. Hierfür wurden drei Transkriptomchips erstellt um die RNA von R. sphaeroides Kulturen zu untersuchen, die unter den genannten Bedingungen angezogen wurden und deren Transkription durch das Antibiotikum Rifampicin unterbunden wurde. Durch diese Methode konnten von 1461 Transkripten aus den aerob gewachsenen Kulturen Halbwertszeiten bestimmt werden. Für die microaeroben Kulturen gelang dies von 2222 Transkripten und für die phototrophen Kulturen von 2353 Transkripten.Die errechneten Halbwertszeiten lagen dabei in einem Bereich zwischen weniger als fünf Minuten und über einer Stunde. Der Median der Halbwertszeiten lag je nach Bedingung zwischen 21 und 22 Minuten. Damit sind die Transkriptshalbwertszeiten in R. sphaeroides bei globaler Betrachtung deutlich länger als in bisher untersuchten Prokaryoten und liegen in etwa im Bereich der mRNA Halbwertszeiten des Eukaryoten Saccharomyces cerevisiae. So lange Halbwertszeiten sind für einige Transkripte in R. sphaeroides bekannt, dennoch ist ein methodischer Einfluss hier wahrscheinlich, da eine Überprüfung einiger ausgewählter Transkripte mittels qRT PCR und Northern blot kürzere Halbwertszeiten ergaben. Nichtsdestotrotz zeigten die Halbwertszeiten unter verschiedenen Bedingungen dieselben Tendenzen undabhängig von der Methode.Aus diesem Ergebnis kann auch geschlossen werden, dass unterschiedliche Wachstumsbedingungen nicht zu einer gleichmäßigen Stabilisierung bzw. Destabilisierung des gesamten Transkriptoms führten.Für eine nähere Untersuchung, ob die Transkripthalbwertszeit mit der Funktion des Genproduktes in Zusammenhang steht und ob die Wachstumsbedingung darauf einen Einfluss hat, wurden alle Gene von R. sphaeroides in funktionelle Kategorien eingeteilt. Auch hier zeigten sich keine Unterschiede in den Medianwerten der Halbwertszeiten in den einzelnen Kategorien unter einer Bedingung. Verschiedene Wachstumsbedingungen veränderten den Medianwert einer Kategorie ebenfalls nur geringfügig.Bei Betrachtung der Verteilung der Halbwertszeiten in den einzelnen Kategorien zeigte sich, dass im Vergleich zu microaeroben Bedingungen sowohl phototrophe als auch aerobe Wachstumsbedingungen in vielen Kategorien zu mehr Transkripten mit kurzen Halbwertszeiten und auch zu mehr Transkripten mit langen Halbwertszeiten führten. Die Verteilung der Halbwertszeiten war unter phototrophen und aeroben Bedingungen dennoch überwiegend gleich. Die deutlichsten Unterschiede zwischen den Wachstumsbedingungen zeigten sich letztendlich aber bei nur relativ wenigen Transkripten. So wiesen insgesamt sieben bis acht Prozent aller untersuchten Transkripte unter jeweils zwei verglichenen Bedingungen bezüglich ihrer Halbwertszeit einen deutlichen Unterschied von einem Faktor 2 auf. Unterschiedliche Wachstumsbedingungen führen in R. sphaeroides also nicht zu einer globalen Veränderung der Transkriptstabilitäten. Auch sind dadurch keine ganzen funktionellen Kategorien an Genen gleichmäßig betroffen. Sehr wohl aber sind einzelne Transkripte in vielen Kategorien zum Teil sehr stark in ihrer Stabilität durch unterschiedliche Wachstumsbedingungen verändert. Diese Arbeit legt den Grundstein zur Analyse, in welchem Umfang eine Genregulation in R. sphaeroides über die Veränderung von Transkriptstabilitäten stattfindet und ist Basis für weitergehende, zukünftige Untersuchungen.
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