Universität zu Köln

Pannen, Hans Derk (2015). Analysis of transcriptional regulation by RcsB homo- and heterodimers in Escherichia coli. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The FixJ/NarL-type transcription factor RcsB is the response regulator of the Rcs phosphorelay, a complex signal transduction system that senses perturbations of the bacterial cell envelope. RcsB regulates expression of multiple loci related to motility, biofilm formation, and various stress responses. The activity of RcsB is controlled by two mechanisms. First, the Rcs phosphorelay controls RcsB activity by phosphorylating a conserved aspartate residue within its receiver domain. Second, RcsB activity is modulated by interaction with auxiliary proteins, such as RcsA (regulation of capsule synthesis), BglJ (pleiotropic regulator, activating bgl and leuO), and GadE (acid stress response). These auxiliary regulators likewise belong to the FixJ/NarL transcription factor family and their activity depends on RcsB. Previously, RcsB was demonstrated to interact with two additional transcriptional regulators of the FixJ/NarL-family, MatA (control of the Mat pili expression) and DctR (encoded in the acid stress island). In this work, determinants for transcriptional activation by RcsB homo- and heterodimers were analyzed. To this end, suitable reporter systems for RcsB homodimers and RcsB heterodimers with RcsA, and MatA were established. The results show that MatA requires RcsB as a dimerization partner for activating the matA promoter of UPEC strain CFT073 and that activation is independent of RcsB phosphorylation. In addition, it was shown that MatA- RcsB is able to repress the motility of E. coli K-12. Moreover, the results confirmed that transcriptional activation by RcsA-RcsB and RcsB-RcsB is phosphorylation dependent. This work also identified particular residues of the RcsB receiver domain being relevant for transcriptional activation by a specific dimer where RcsB homodimers and RcsA-RcsB heterodimers that are depending on RcsB phosphorylation possess the most similar properties. All relevant amino acids are located close to the active site, suggesting an important role for the structural change that is elicited by phosphorylation. Finally, data respective the mechanism of transcriptional activation, suggest that at some promoters BglJ- RcsB activates transcription by direct contacts to the RNA polymerase in a pre-recruitment mechanism.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der FixJ/NarL-typ Transkriptionsfaktor RcsB ist der Response-Regulator des Rcs- Phosphorelays, einem komplexen Signaltransduktionssystem, welches die Integrität der bakteriellen Zellhülle überwacht. RcsB reguliert die Expression zahlreicher Loci die mit Motilität, Biofilmbildung und verschiedenen Stressantworten assoziiert sind. Dabei wird die Aktivität von RcsB durch zwei Mechanismen gesteuert: Erstens durch das Rcs-System, welches einen konservierten Aspartatrest in der Empfängerdomäne von RcsB phosphoryliert. Zweitens wird die Aktivität von RcsB durch Interaktion mit verschiedenen Hilfsproteinen gesteuert. Solche sind RcsA (Regulation der Kapselsynthese), BglJ (pleiotropischer Regulator, aktiviert bgl und leuO) sowie GadE (Säurestress). Diese Hilfsproteine gehören ebenfalls zur Familie der FixJ/NarL-Transkriptionsfaktoren. Zudem wurden zwei weitere Transkriptionsfaktoren der FixJ/NarL-Familie identifiziert, welche mit RcsB interagieren: MatA (kontrolliert Synthese der Mat-Pili) und DctR (in einem Acid-Stress- Island kodiert). In dieser Arbeit wurden die Voraussetzungen der transkriptionellen Aktivierung durch RcsB-Homo- und Heterodimere analysiert. Zu diesem Zweck wurden geeignete Reportersysteme für RcsB-Homodimere und RcsB-Heterodimere mit RcsA und MatA entwickelt und getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass MatA RcsB als Dimerisierungpartner benötigt um den mat-Promoter des UPEC-Stammes CFT073 zu aktivieren. Die Aktivierung erfolgt hierbei unabhängig von einer RcsB-Phosphorylierung. Zudem wurde gezeigt, dass MatA-RcsB die Motilität in E. coli K-12 hemmt. Des Weiteren bestätigen die Daten, dass die transkriptionelle Aktivierung durch RcsA-RcsB und RcsB-RcsB von einer RcsB- Phosphorylierung abhängt. In dieser Arbeit wurden außerdem bestimmte Aminosäuren der Empfängerdomäne von RcsB identifiziert, welche für die Aktivierung durch spezifische Dimere notwendig sind. Hierbei hat sich gezeigt, dass RcsB-Homodimere und RcsA-RcsB- Heterodimere -solche, deren Aktivität phosphorylierungsabhängig ist- die größte Ähnlichkeit aufweisen. Alle relevanten Aminosäuren sind innerhalb oder nahe des aktiven Zentrums lokalisiert und tragen vermutlich zur Strukturveränderung bei, welche durch Phosphorylierung induziert wird. Weitere Ergebnisse zum Mechanismus der transkriptionellen Aktivierung deuten daraufhin, dass einige Promotoren durch Interaktion von BglJ-RcsB und RNA-Polymerase in einem Pre-Recruitment-Mechanismus aktiviert werden. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Pannen, Hans Derk derk-pannen@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-65289
Date:	2015
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language response regulator, protein phosphorylation, protein-protein interaction, bacterial signal transduction English
Date of oral exam:	27 October 2015
Referee:	Name Academic Title Schnetz, Karin Prof. Dr. Dohmen, Jürgen Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6528