Universität zu Köln

Madhusudhan, Srinivasan (2007). The Mechanism and Modulation of H-NS Mediated Repression in Escherichia coli. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The histone-like nucleoid structuring protein H-NS acts as a global repressor of genes that are expressed in response to environmental stimuli and stress conditions. Repression by H-NS is presumably mediated by binding of H NS to primary "nucleation sites" close to promoters, and the formation of extended nucleoprotein complex from these nucleation sites to inhibit transcription initiation. Modulation of H-NS mediated repression is a complex process involving specific transcription factors and physiology dependent structural alterations. The E. coli bgl and proU operons are model systems that are repressed by H-NS with exceptional specificity. Both of these systems possess upstream and downstream regulatory elements (URE and DRE) bound by H-NS for efficient repression. The present study demonstrates that repression by H-NS binding upstream and downstream is synergistic in proU (as shown in a parallel study for bgl), and that H-NS when bound within the transcription unit represses transcription initiation at the bgl promoter, as reported before for proU. Repression by binding of H-NS downstream is known to be modulated. Common to both proU and bgl is that an increase in the promoter activity abrogates repression. For bgl it is known, that the H-NS mediated repression of the promoter is counteracted by transcription factors BglJ and LeuO. Further, termination factor Rho and the protease Lon are known to modulate repression by H-NS through the DRE, and as shown here the DnaKJ chaperone system is essential for this repression. In case of proU, the promoter is osmoregulated; the RNA polymerase is poised at the promoter at low osmolarity, while it clears the promoter with better efficiency at high osmolarity. Furthermore, the proU operon is subject to post-transcriptional osmoregulation. The proU mRNA is processed by RNAse III within a stretch of highly conserved sequence, suggesting a common mechanism of regulation among Enterobacteria. In summary, the present study demonstrates that the mechanism of H-NS mediated repression of the bgl and proU operons is very similar. However, its modulation is complex involving numerous additional factors specific to the two systems, and thus is achieved in a context specific manner.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Mechanismus und Modulation der H-NS vermittelten Repression in Escherichia coli German
Translated abstract:	Abstract Language Das Histon-ähnliche Nucleoid-strukturierendes Protein H-NS agiert als globaler Regulator der Genexpression in Antwort auf Umwelteinflüsse und Streßkonditionen. Es wird angenommen, daß die Repression durch H-NS durch dessen Bindung an primäre "Nucleation sites" in der Nähe von Promotoren vermittelt wird. Ausgehend von diesen Nucleation sites bildet H-NS erweiterte Nucleoprotein-Komplexe, die die Transkriptionsinitiation inhibieren. Die Modulation der H-NS vermittelten Repression ist ein komplex, und erfolgt unter anderem durch spezifische Transkriptionsfaktoren und DNA-Strukturänderungen, die durch Änderung der zellulären Physiology induziert sind. . Das bgl- sowie das proU-Operon in E. coli werden mit hoher Spezifität von H-NS reprimiert. Beide Systeme verfügen über stromaufwärts (upstream) und stromabwärts (downstream) gelegene Regulationselemente (URE bzw. DRE), an die H-NS für eine effiziente Repression bindet. Die vorliegende Studie zeigt, daß H-NS die Initiation der Transkription ausgehend vom bgl-Promoter inhibiert, analog zur beschriebenen Repression des proU-Systems. Die Repression von proU und bgl, vermittelt durch die Bindung von H-NS an das stromaufwärts und stromabwärts gelegene Regulationselement, ist synergistisch. Zusätzlich beeinflussen sich im Falle des bgl-Operons die Repression durch Bindung von H-NS an das stromabwärts gelegene Regulationselement und die Transkription. Dies wird durch den Terminationsfaktor Rho, ko-transkriptionelle Translation, die Protease Lon und, wie hier gezeigt, ist das DnaKJ Chaperonsystem für die Repression über das bgl-DRE essentiell. Im Falle von proU ist die RNA Polymerase bei niedriger Osmolarität am Promoter gefangen (poising), während sie bei hoher Osmolarität den Promoter mit höherer Effizienz verlässt. Der Mechanismus sowie das Signal, das für ein effizientes Loslösen der RNA Polymerase vom proU-Promotor ("promoter clearence") bei hoher Osmolarität verantwortlich ist, sind unbekannt. Das proU Operon ist außerdem Gegenstand posttranskriptioneller Osmoregulation. Die proU mRNA wird innerhalb eines hochkonservierten Sequenzabschnittes durch die RNAse III prozessiert. Dies legt einen allgemeinen Regulationsmechanismus nahe, der wahrscheinlich innerhalb der Enterobakterien konserviert. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, daß der Mechanismus der H-NS vermittelten Repression des bgl -und proU-Operons sehr ähnlich ist. Die Modulation derselben ist ein komplexer Mechanismus, der eine Vielzahl von zusätzlichen Faktoren umschließt, die spezifisch für das jeweilige System sind, und erfolgt demnach in einer Kontext-spezifischen Art. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Madhusudhan, Srinivasan aei71@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-21769
Date:	2007
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 H-NS , Transkription , Nucleoid , Osmoregulation. German H-NS , Transcription , Nucleoid , Osmoregulation. English
Date of oral exam:	5 November 2007
Referee:	Name Academic Title Schnetz, Karin Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2176