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Requirement of Hfq for riboregulation and anaerobic growth of Pseudomonas aeruginosa
Konstantin Prindl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Molekulare Biologie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Microbiology, Microbial Ecology and Immunobiology
Betreuer*in
Udo Bläsi
DOI
10.25365/thesis.71790
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21803.33362.277843-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Pseudomonas aeruginosa ist ein opportunistisches humanpathogenes Bakterium, welches vor allem in immunsupprimierten Personen eine Vielzahl an Infektionen hervorruft. Das RNA Chaperone Hfq reguliert sowohl die Virulenz, als auch den Metabolismus von P. aeruginosa zusammen mit kleinen regulatorischen RNAs (sRNAs). Die regulatorische RNA CrcZ wird nach Aufhebung der Kohlenstoff Katabolit Repression exprimiert und kann freies Hfq Protein binden. Aufgrund der hohen Affinität von CrcZ zu Hfq haben wir vermutet, dass CrcZ in der Riboregulation durch Hfq interferieren kann. In dieser Studie konnten wir zeigen, dass Hfq zusammen mit der regulatorischen RNA PrrF für die Repression von antR notwendig ist. Weiters konnte gezeigt werden, dass die ektopische Überexpression von crcZ die Inhibition der Translation von antR durch den Hfq/PrrF Komplex um einen Faktor von bis zu 1.5 verringert. Das kann durch die Sequestration von Hfq durch CrcZ erklärt werden. Dadurch ist weniger freies Hfq für die Regulation anderer Gene durch sRNAs vorhanden. Übereinstimmende Ergebnisse konnten auch bei der Regulation des Gens algC beobachtet werden, dessen Translation durch Hfq und die regulatorische RNA ErsA reprimiert wird. Auch hier konnte bei der crcZ Überexpression eine De-repression von algC gezeigt werden. Unsere Hypothese, dass CrcZ mit der Riboregulation interferiert konnte auch unter Bedingungen von physiologisch-bedingt höheren CrcZ Konzentrationen bestätigt werden. So konnte unter diesen Bedingungen ein bis zu 6-facher Anstieg der antR Translation beobachtet werden, während die Transkription nicht beeinflusst war. Schließlich zeigen wir, dass die Nutzung der alternativen Kohlenstoffquelle Anthranilat in einem PAO1ΔcrcZ Stamm inhibiert ist und ein PAO1Δhfq Stamm keine hierarchische Nutzung von alternativen Kohlenstoffquellen zeigt. Der anaerobe Transkriptionsfaktor Anr reguliert in P. aeruginosa die Virulenz, die anaerobe Atmung und den Metabolismus. Vorangehende Studien haben gezeigt, dass 20 von 36 Genen des Anr Regulons auch von Hfq reguliert werden und der Sigmafaktor RpoN, sowie der Transkriptionsfaktor NtrC wichtig für die Transkription von anr sind. Zusätzlich ist bekannt, dass die Expression von anr durch Hfq aktiviert wird. Deshalb befasst sich der zweite Teil dieser Studie mit der Aufklärung dieser Regulation. Hier konnten wir zeigen, dass der Sigmafaktor RpoN die effiziente Transkription von anr bewirkt, aber nicht essentiell ist. Weiters wurde gezeigt, dass das Wachstum eines ΔrpoN Stamms unter anaeroben Bedingungen stark inhibiert ist, was wir auf eine 2-fache Reduktion in der Translation von rpoN zurückführen. Aus diesem Grund wurde vermutet, dass Hfq die Transkription von anr direkt oder indirekt über RpoN aktiviert. Jedoch zeigten unsere Ergebnisse, dass Hfq keinen Einfluss auf die Expression von rpoN hat. Daher kann die Aktivierung der anr Expression durch Hfq nicht durch RpoN bedingt sein.
Abstract
(Englisch)
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen belonging to the family of γ proteobacteria and causes a variety of infections, especially in immunocompromised patients. The RNA chaperone Hfq regulates both virulence and metabolism in concert with small regulatory RNAs. The regulatory RNA CrcZ is upregulated during alleviation of carbon catabolite repression (CCR) in P. aeruginosa and is able to bind to and sequester Hfq. As CrcZ was shown to bind to Hfq with high affinity, we therefore hypothesized that CrcZ interferes with canonical riboregulation by Hfq. In this study we first showed, that P. aeruginosa Hfq is required for canonical riboregulation of the antR gene by the sRNAs PrrF1-2. We further showed that ectopic over-expression of CrcZ results in a 1.5-fold decrease in repression of antR by the Hfq/PrrF entity. This may be explained by the sequestration of Hfq through the sRNA CrcZ. In support, we showed that crcZ over-expression de represses translation of algC which is repressed by the sRNA ErsA. We further showed that under conditions of high levels of c´CrcZ (e.g. when the cells are grown in the presence mannitol) antR is de-repressed up to 6-fold, while the transcript levels of antR remained unchanged. Finally, we showed that a PAO1ΔcrcZ strain is unable to utilize anthranilate as an alternative C-source and that a Δhfq strain is unable to utilize both, succinate and anthranilate, in a hierarchical manner. Therefore, we concluded that the small RNA CrcZ can interfere with canonical riboregulation. The anaerobic transcriptional regulator Anr is required by P. aeruginosa for regulation of anaerobic respiration, virulence and metabolism. Previous studies revealed that 20 out of 36 genes controlled by Anr regulon overlap with the Hfq regulon. In addition, it was shown that Hfq up-regulates anr expression. Therefore, the second part of this study was devoted to the regulation of anr. Here, we showed that efficient transcription of anr depends on the sigma factor RpoN. The growth of a rpoN mutant strain was severely attenuated during anaerobiosis, which was attributed to a 2-fold decrease in anr transcription. One possibility was that Hfq up-regulates anr transcription via up-regulation of rpoN. However, the results of this study showed that the translation of rpoN is not significantly changed by Hfq. We therefore concluded that Hfq does not up-regulate anr via RpoN.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Hfq Riboregulation CrcZ antR anaerobes Wachstum Anr RpoN
Schlagwörter
(Englisch)
Hfq riboregulation CrcZ antR anaerobic grwoth Anr RpoN
Autor*innen
Konstantin Prindl
Haupttitel (Englisch)
Requirement of Hfq for riboregulation and anaerobic growth of Pseudomonas aeruginosa
Paralleltitel (Deutsch)
Die Notwendigkeit von Hfq für die Riboregulation und das anaerobe Wachstum von Pseudomonas aeruginosa
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
71 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Udo Bläsi
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC16589895
Utheses ID
62596
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |