Universität zu Köln

Rangarajan, Aathmaja Anandhi (2018). Interference of transcription on H-NS mediated repression in Escherichia coli. PhD thesis, Universität zu Köln.

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• Interference of transcription on H-NS mediated repression in Escherichia coli. (deposited 19 Mar 2018 09:43) [Currently Displayed]

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Abstract

The heat-stable nucleoid-associated protein H-NS is a global transcriptional repressor in Escherichia coli and other Enterobacterial species. H-NS binds to AT-rich DNA regions repressing several stress response genes, pathogenic genes, horizontally acquired DNA and is also indicated to play a role in genome organization. Transcriptional repression by H-NS is mediated by the formation of nucleoprotein complex that stiffens or bridges DNA. H-NS represses transcription at the level of initiation by excluding or trapping the RNA polymerase at promoters. StpA is a H-NS paralogue that presumably acts similarly as H-NS and forms heteromeric complex with H-NS and some genes are repressed by H-NS and StpA. H-NS mediated repression can be relieved by binding of gene specific transcription factors or by perturbations of DNA structure. H-NS repression and transcription elongation may also interfere with each other. In vitro, H-NS enhances RNA polymerase pausing and promotes Rho-dependent termination. Complementarily, inhibition of Rho-mediated termination resulting in increased transcription reduced H-NS binding. In this work, the effect of transcription elongation into H-NS and H-NS/StpA repressed promoters were analyzed. The results show that transcription elongation across the H-NS and H-NS/StpA bound DNA region of bgl, proU, pdeL and appY relieves the repression of promoter by H-NS and H-NS/StpA. For example, analysis of transcripts from bglDRE (bgl downstream regulatory element) revealed the presence of additional H-NS repressed promoter P3bgl which was de-repressed upon increase in transcription. Moreover, in the native context, transcription from upstream pst-phoU operon decreases H-NS/StpA repression of bgl promoters. Additionally, an inverse correlation between the transcription rate and H-NS repression was observed. The data suggest that the transcribing RNA polymerase is able to remodel the H-NS (and StpA) complex and/or dislodge H-NS (and StpA) from the DNA and thus relieve repression, while at low transcription rates the H-NS repression complex is stable. This implies mutual interference between transcription and H-NS repression. Poorly transcribed AT-rich regions are prone to be repressed by H-NS, whereas efficiently transcribed region do not allow the formation of repression complex. Furthermore, the transcriptional read-through from an upstream locus can concurrently dislodge the H-NS complex of downstream genes and modify their expression

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Das hitzestabile Nukleoid-assoziierte Protein H-NS ist ein globaler Transkriptionsrepressor in Escherichia coli und anderen enterobakteriellen Spezies. H-NS bindet an AT-reiche DNA-Regionen und reprimiert Gene welche für verschiedene Stressantworten und Pathogenitätsdeterminanten kodieren und durch horizontalen Gentransfer erworben wurden. Die Repression der Transkription durch H-NS erfolgt durch die Bildung eines repressiven Nukleoproteinkomplexes durch DNA-Versteifen (stiffening) oder DNA-Brückenbildung (bridging). H-NS blockiert die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor oder setzt sie am Promotor fest. StpA, ist ein Paralog von H-NS, welches ähnlich wie H-NS wirkt und einen heteromeren Komplex mit H-NS bildet. Einige Gene werden durch H-NS und StpA reprimiert. Die Repression der Transkription durch H-NS kann durch die Bindung spezifischer Transkriptionsregulatoren oder durch Änderung der DNA-Struktur aufgehoben werden. Die Transkriptionselongation und die Repression durch H-NS können möglicherweise interferieren. In vitro kann H-NS das Pausieren der RNA-Polymerase verstärken und die Rho-abhängige Termination fördern. In vivo ist die H-NS-DNA Bindung reduziert, wenn die Transkription durch Hemmung Rho-vermittelter Termination gesteigert wird. In dieser Arbeit wurde die Wirkung der Transkriptionselongation auf H-NS- und H-NS/StpA-reprimierte Promotoren analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Elongation der Transkription über eine von H-NS- und H-NS/StpA-gebundene Promotor-DNA-Region (bgl, proU, pdeL und appY) hinweg die Repression der Promotoren vermindert. Zum Beispiel bewirkt eine in das bglDRE (bgl downstream regulatory element) hinein gerichtete Transkription die Derepression eines H-NS reprimierten Promoters P3bgl innerhalb des bglDRE. Darüber hinaus verringert die Induktion eines stromaufwärts von bgl liegenden Operons (pst-phoU) die Repression der bgl-Promotoren durch H-NS/StpA. Zusätzlich wurde eine inverse Korrelation zwischen der Transkriptionsrate und H-NS-Repression beobachtet. Die Daten legen nahe, dass die transkribierende RNA-Polymerase in der Lage ist, den H-NS (und StpA) Komplex umzustrukturieren. Durch diese Umstrukturierung während der Transkription kommt es vermutlich zur Dislokation von H-NS (und StpA) von der DNA und damit zur verminderten Repression, während bei niedrigen Transkriptionsraten der H-NS-Repressionskomplex stabil ist. Dies impliziert die wechselseitige Interferenz zwischen Transkription und H-NS-Repression. Daher werden gering transkribierte AT-reiche Regionen eher durch H-NS reprimiert werden, wohingegen eine effizient transkribierte Region die Bildung eines Repressionskomplexes nicht erlauben sollte. Im Kontext des Genoms kann das Durchlesen der Transkription von einem stromaufwärts gelegenen Locus, den H-NS-Komplex von stromabwärts gelegenen Genen verdrängen, und die Expression dieser Gene modifizieren. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Rangarajan, Aathmaja Anandhi aathmaja.ar@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-80986
Date:	8 March 2018
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
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language nucleoid associated protein, H-NS, StpA, transcription elongation English
Date of oral exam:	8 January 2018
Referee:	Name Academic Title Schnetz, Karin Prof. Dr. Dohmen, Jürgen Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8101