Universität zu Köln

Stratmann, Thomas (2012). Transcriptional control of the H-NS antagonists LeuO and RcsB-BglJ in Escherichia coli. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF (Thomas Stratmann PhD thesis) Stratmann_PhD_thesis.pdf - Published Version Download (19MB)

Abstract

The bacterial nucleoid-associated protein (NAP) H-NS is involved in the organization and compaction of the bacterial chromatin and acts as a global respressor, mainly of genes that have been acquired by horizontal gene transfer and that are related to stress responses and pathogenicity. Binding of H-NS to the DNA and formation of a nucleoprotein complex at promoter regions leads to repression. This repressor effect of H-NS can be antagonized by gene-specific transcription factors (H-NS antagonists) that activate transcription of H NS-repressed genes by competing with H-NS for binding or by disturbing formation of the nucleoprotein complex. Two examples of such H NS antagonists are the LysR-type transcription factor LeuO and the FixJ/NarL-type transcription factor heterodimer RcsB-BglJ. LeuO is a pleiotropic regulator of stress responses and virulence determinants. RcsB-BglJ activates transcription of the H NS-repressed bgl (aryl-β,D-glucoside) operon. In this work, novel targets of RcsB-BglJ were identified in Escherichia coli by microarray analyses. The results suggest that heterodimerization of RcsB and BglJ is essential for regulation. Further, in addition to genes related to unknown or predicted function in the membrane the leuO gene was identified as a target gene. Detailed analysis of transcriptional regulation of leuO demonstrated that RcsB-BglJ strongly activates transcription of leuO by binding proximal to a newly mapped leuO promoter. Thus RcsB-BglJ antagonizes repression of leuO by H-NS and the H-NS-like protein StpA. Additional data presented here show that LeuO negatively autoregulates its own expression and inhibits activation of leuO by RcsB-BglJ. Regulation of leuO by RcsB-BglJ and autoregulation by LeuO, as shown here, as well as activation of bglJ by LeuO, as published previously, indicates a feedback control mechanism of two global transcriptional regulators and H-NS antagonists.This feedback regulation may ensure turn on of their expression in response to specific environmental signals. Screens to search for novel regulators or upstream signals were performed by transposon mutagenesis and by using a genomic expression library. These screens indicate that additional factors may be involved in the regulation of this leuO-bglJ feedback loop.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Das Nukleoid-assoziierte Protein H-NS ist an der Organisation und Kompaktierung des bakteriellen Chromatins beteiligt und fungiert als globaler Repressor. Dabei reprimiert es vornehmlich die Transkription von solchen Genen, die in Zusammenhang mit Stressantwort und Pathogenität bekannt sind. Die Bindung von H-NS an die DNA und die Ausbildung eines Nukleoproteinkomplexes an Promotorregionen führt dabei zur Repression. Der Repression durch H-NS können jedoch genspezifische Transkriptionsfaktoren entgegengewirken, welche die Transkription reprimierter Gene dadurch aktivieren, dass sie mit H-NS um die DNA-Bindestelle konkurrieren oder die Ausbildung des Nukleoproteinkomplexes behindern (H NS-Antagonisten). Zwei Beispiele für H NS-Antagonisten sind der LysR-Typ Transkriptionsfaktor LeuO und der FixJ/NarL-Typ heterodimere Transkriptionsfaktor RcsB-BglJ. LeuO ist ein pleiotroper Regulator von Stressanworten und Virulenzfaktoren. RcsB-BglJ aktiviert die Transkription des H-NS-reprimierten bgl- (aryl-β,D-Glukosid) Operons. In der vorliegenden Arbeit wurden neue Zielgene von RcsB-BglJ in Escherichia coli mittels einer Microarray-Analyse identifiziert. Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen, dass die meisten Zielgene durch RcsB-BglJ Heterodimere aktiviert werden. Unter den Zielgenen befindet sich neben zahlreichen Gene Membran-assoziierter und unbekannter Funktion auch das Gen leuO. Eine detaillierte Analyse der Transkriptionsregulation von leuO zeigte, dass die Transkription von leuO stark durch RcsB-BglJ aktiviert wird, indem RcsB-BglJ in der Nähe eines neu kartierten Promotors bindet. RcsB-BglJ wirkt der Repression von leuO durch H-NS und das H-NS-ähnliche Protein StpA entgegen. Weitere Daten zeigen, dass LeuO seine eigene Expression negativ autoreguliert und die Aktivierung von leuO durch RcsB-BglJ hemmt. Die Regulation des leuO-Gens durch RcsB-BglJ sowie die Autoregulation durch LeuO, wie hier gezeigt, und die Aktivierung von bglJ durch LeuO, wie zuvor publiziert, deuten auf einen feedback loop-Kontrollmechanismus hin, der die Transkription von bglJ und leuO koppelt. Dieser loop könnte für das gegenseitige Anschalten der beiden H-NS-Antagonisten und die Regulation ihrer Zielgene als Antwort auf bestimmte Umweltbedingungen von Bedeutung sein. Screens lieferten mögliche weitere Faktoren, die an der Regulation des bglJ-leuO feedback loops beteiligt sein könnten. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Stratmann, Thomas thomas.stratmann@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-46731
Date:	8 May 2012
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Escherichia coli, genetics, transcription factors, H-NS, LeuO, RcsB-BglJ English
Date of oral exam:	17 April 2012
Referee:	Name Academic Title Schnetz, Karin Prof. Dr. Dohmen, Jürgen Prof. Dr. Dersch, Petra Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4673