Universität zu Köln

Ein Regulationsnetzwerk aus H-NS und den Antirepressoren BglJ und LeuO

Paukner, Andreas (2007) Ein Regulationsnetzwerk aus H-NS und den Antirepressoren BglJ und LeuO. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Das Nukleoid-assoziierte Protein H-NS steuert als globaler Repressor 200 bis 300 der Gene von Escherichia coli. Die Repression eines dieser Loci, des bgl-Operons (aryl-beta,D-Glukosid Operon) ist ungewoehnlich strikt und erfolgt durch Bindung von H-NS an zwei regulatorische Regionen oberhalb und unterhalb des Promotors. Die strikte Repression ist die Ursache dafuer, dass das bgl-Operon kryptisch ist, d.h. es wird unter Labor-ueblichen Wachstumsbedingungen nicht exprimiert. Allerdings fuehrt die Ueberexpression der Transkriptionsfaktoren LeuO und BglJ zu einem Bgl+ Phaenotyp. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass LeuO und BglJ als Anti-Repressoren von H-NS wirken. LeuO und BglJ heben die Repression durch Bindung von H-NS oberhalb des Promotors auf. Bindestudien zeigen, dass LeuO direkt an die 5�-bgl-Promotorregion bindet und dadurch den H-NS-Repressionskomplex moduliert. Ein Screen nach Mutanten sowie Expressionsanalysen zeigten, dass die Aktivierung des bgl-Promotors durch BglJ von RcsB abhaengig ist. RcsB ist der Response-Regulator des Rcs-Phosphorelaysystems, eines der drei Membranstress-Sensing-Systeme von E.coli. BglJ und RcsB gehoeren zur selben Familie der LuxR-aehnlichen Transkriptionsfaktoren und bilden im Two-Hybrid-System Heterodimere. Daher ist anzunehmen, dass ein BglJ/RcsB-Heterodimer als Anti-Repressor im bgl-Promotorbereich bindet und den Promotor aktiviert. Beim Versuch BglJ und RcsB für in-vitro-Interaktionsanalysen und DNA-Bindestudien zu exprimieren, zeigte sich, dass RcsB die Stabilitaet von BglJ vermindert. RcsB ist also einerseits für die Aktivierung von bgl durch BglJ notwendig und reguliert andererseits BglJ negativ. H-NS, LeuO und BglJ bilden ein komplexes Netzwerk. Die Antirepressoren LeuO und BglJ heben die Repression von bgl durch H-NS auf. Die leuO und bglJ-Gene werden aber selbst durch H-NS reprimiert, wobei LeuO wiederum Aktivator von bglJ ist. Dieses Regulationsnetzwerk wird ergaenzt durch den Response-Regulator RcsB, der für die bgl-Aktivierung durch BglJ notwendig ist. Die Komplexitaet der Wechselwirkungen legt nahe, dass die Aktivierung von bgl in vivo an streng definierte Bedingungen geknuepft ist, wobei ueber RcsB eine moegliche Verbindung zu Membranstress hergestellt wird und LeuO auf Aminosaeuremangel als Signal hinweist.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    The nucleoide-associated protein H-NS acts as a global repressor for 200 to 300 genes of Eschericia coli. The repression of one of these loci, the bgl-operon (aryl-beta,D-glucoside operon) is exceptionally strong and is obtained by H-NS binding to two regulatory regions upstream and downstream of the promoter. This strict repression results in the bgl-operon being cryptic, i.e. it is not expressed under laboratory growth conditions. However, overexpression of the transcription factors LeuO and BglJ leads to bgl activation and a Bgl+ phenotype. In this work it is shown, that LeuO and BglJ act as anti-repressors of H-NS. LeuO and BglJ abolish repression by H-NS binding upstream of the promoter. Binding studies indicate that LeuO binds directly to the 5�-bgl-promoter region, thereby modulating the H-NS repression complex. A screen for mutants and expression analyses show, that activation of the bgl-promoter by BglJ depends on RcsB. RcsB is the response regulator of the Rcs phosphorelay system, one of the three membrane stress sensing systems of E.coli. Both BglJ and RcsB belong to the family of LuxR-like transcription factors and form heterodimers in a two-hybrid system. It can therefore be assumed, that a BglJ/RcsB heterodimer binds at the bgl-promoter region as an anti-repressor and activates the promoter. In an attempt to express BglJ and RcsB for analysis of in vitro interaction and binding studies, it was found that RcsB reduces BglJ stability. Hence RcsB on the one hand is necessary for activation of bgl by BglJ, on the other hand regulates BglJ negatively. H-NS, LeuO and BglJ form a complex network. The anti-repressors LeuO and BglJ cancel repression of bgl by H-NS. The leuO and bglJ genes themselves are subject to repression by H-NS, whereas LeuO in turn activates bglJ expression. This regulatory network is complemented by the response regulator RcsB, which is essential for bgl activation by BglJ. The complexity of interdependency suggests, that activation of bgl in vivo is coupled to strictly defined conditions. RcsB offers a possible link to mebrane stress, whereas leuO indicates towards amino acid starvation as a signal.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Paukner, Andreaspaukner@web.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-21042
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    H-NS , BglJ , LeuO , coliGerman
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: German
    Date: 2007
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 08 July 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 17 Aug 2007 11:49:59
    Referee
    NameAcademic Title
    Schnetz, KarinProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2104

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