Dokument: Analyse der physiologischen Rolle der 6S RNA aus Escherichia coli und Vergleich der molekularen Mechanismen zwischen 6S RNAs aus E. coli und Cyanobakterien

Titel:	Analyse der physiologischen Rolle der 6S RNA aus Escherichia coli und Vergleich der molekularen Mechanismen zwischen 6S RNAs aus E. coli und Cyanobakterien
Weiterer Titel:	Analysis of the physiological role for 6S RNA from Escherichia coli and comparison of molecular mechanisms between 6S RNAs from E. coli and cyanobacteria
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=18537
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20110704-084400-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Geißen, René [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 9,45 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.06.2011 / geändert 29.06.2011
Beitragende:	Prof. Dr. Wagner, Rolf [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die 6S RNA aus E. coli ist eine nicht kodierende stabile RNA, die über den Wachstumsphasenzyklus akkumuliert. Durch ihre Struktur, ähnlich einem DNA Promotor kann sie an die DNA-abhängige RNA Polyemerase binden und die Transkription inhibieren. Dabei erfolgt eine bevorzugte Bindung an die housekeeping RNA Polymerase (E Sigma70) und es wird ihr eine spezifische Inhibierung von Sigma70-abhängigen Promotoren zugeschrieben. Daher wird ihr eine wichtige Rolle beim Umschalten der Transkription in der stationären Wachstumsphase zugeschrieben. 6S RNA kodiert darüber hinaus auch für die Synthese einer dnRNA genannten ncRNA. In vorangegangenen genomweiten Microarray Analysen zeigten sich sämtliche Promotorklassen als 6S RNA sensitiv und es wurden Aktivierungen und Inhibierungen bei fehlender 6S RNA beobachtet. Es zeigte sich dabei ebenfalls, sowohl in der exponentiellen als auch stationären Wachstumsphase, dass gehäuft Gene des Purinmetabolismus differentiell durch 6S RNA exprimiert werden. Auch das Gen für 6S RNA (ssrS) ist in unterschiedlichen Bakterien häufig in Transkriptionseinheiten mit Genen des Purinstoffwechsels gekoppelt. Überraschend wurde in den Microarray Analysen der stationären Phase eine reduzierte Expression nahezu sämtlicher Gene der Ribosomensynthese beobachtet. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die reduzierte Ribosomensynthese mit einer Erhöhung der basalen Konzentration des Wachstumsratenregulators ppGpp in der 6S RNA Mutante korreliert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass während eines outgrowth aus der stationären Phase diese verringerte Synthese ribosomaler Komponenten durch verstärkte Expression in der 6S RNA Mutante kompensiert wird. Für die exponentielle Wachstumsphase wurden darüber hinaus Hinweise gefunden, dass die 6S RNA an der Aufrechterhaltung des Purinspiegels beteiligt ist. Durch bioinformatische Vergleiche wurden zusätzlich potentielle Zielgene im Purinstoffwechsel, für eine Regulation durch dnRNA selbst identifiziert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine Interaktion der 6S RNA mit dem RNA Chaperon Hfq untersucht und es konnte eine Bindung von Hfq an die 6S RNA beobachtet werden. Diese Bindung führt zu einer Modulation der RNA Polymerase Inhibierung durch 6S RNA. Weiterhin wurde eine Bindung von Hfq an die 6S RNA-kodierte dnRNA entdeckt und es zeigte sich, dass in vivo die Konzentrationen der 6S RNA und auch der dnRNA durch Hfq beeinflusst sind. Im dritten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass sich molekulare Mechanismen der 6S RNA aus E. coli auf die entfernt verwandten Cyanobakterien übertragen lassen. In in vitro Analysen zeigte sich, dass die RNA Polymerase aus E. coli in der Lage ist genauso an an vier verschiedene cyanobakterielle 6S RNAs zu binden, wie an die E. coli 6S RNA. Es wurden darüber hinaus Transkriptionsinhibierungen und Synthese von dnRNA mit allen cyanobakteriellen 6S RNAs festgestellt. Dabei fiel auf, dass eine hohe Flexibilität des zentralen Strukturelements der 6S RNAfür die gemeinsame Funktion von Bedeutung ist. 6S RNA from E. coli is a noncoding stable RNA that accumulates during the growth cycle. Due to the secondary structure, which mimicks an open DNA promoter 6S RNA is able to bind RNA polymerase and inhibit transcription. Binding occurs preferentially to the housekeeping polymerase (E Sigma70), resulting in inhibition of Sigma70-dependent promoters. Thus 6S RNA is assumed to have an important role in transcriptional changes during entry into stationary phase. Additionally 6S RNA itself encodes a small ncRNA called dnRNA. Former genomwide microarray analysis had shown that all promoter classes are sensitive to 6S RNA, and both activations and inhibitions were observed in a 6S RNA mutant strain. Additionally a group of genes belonging to the purine metabolism was differentially expressed in a 6S RNA-dependent manner, both in expontial and stationary phase. Also often the gene for 6S RNA (ssrS) is transcriptionally coupled to genes of the purine metabolism. Surprisingly, in the microarrays from stationary phase cells a reduced expression of almost all genes for ribosome synthesis was observed. In the present study it was shown that the reduced synthesis of ribosomes correlates with an increased basal level of the growth rate regulator ppGpp. Moreover, it was shown that in case of outgrowth from stationary phase this reduction is compensated by an enhanced expression of ribosomal genes in the 6S RNA deficient mutant. In exponential phase the data point to a participation of 6S RNA in balancing purine levels. With a bioinformatic approach potential target genes for dnRNA in purine metabolism were identified. In the second part of this study binding of the RNA chaperone Hfq to 6S RNA was documented. The Hfq binding to 6S RNA results in a reduced inhibition of RNA polymerase. Additionally, Hfq binding to the dnRNA was observed and it was shown that Hfq influences 6S RNA and dnRNA concentrations in vivo. Finally it was shown, that cyanobacterial 6S RNAs bare fulfil similar molecular functions as the 6S RNA from E. coli. In vitro analysis showed that RNA polymerase from E. coli is able to bind to the cyanobacterial 6S RNAs in the same way as 6S RNA from E. coli. Moreover transcriptional inhibition and synthesis of dnRNA was observed. A common denominator of this function appears to be a high flexibility of the central 6S RNA domain.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie » Molekularbiologie der Prokaryoten
Dokument erstellt am:	04.07.2011
Dateien geändert am:	04.07.2011
Promotionsantrag am:	20.05.2011
Datum der Promotion:	20.06.2011