Dokument: MtrA, ein bifunktionaler Antwortregulator aus Corynebacterium glutamicum

Titel:	MtrA, ein bifunktionaler Antwortregulator aus Corynebacterium glutamicum
Weiterer Titel:	MtrA, a bifunctional response regulator of Corynebacterium glutamicum
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3772
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070312-095657-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Brocker, Melanie [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,67 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 12.03.2007 / geändert 12.03.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Bott, Michael [Gutachter] Prof. Dr. Hegemann, J. H. [Gutachter]
Stichwörter:	Antwortregulator, Zweikomponentensystem, Corynebacterium glutamicum
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Die Sensorkinase MtrB und der Antwortregulator MtrA bilden eines von 13 Zweikomponentensystemen in dem Gram-positiven Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum. Das MtrAB-System ist in Actinomyceten hoch konserviert und spielt daher vermutlich eine wichtige Rolle bei der Anpassung dieser Bakterien an ihre Umwelt. In dieser Arbeit wurde die Funktion des MtrAB-Systems in C. glutamicum durch Analyse von Mutanten und die Identifizierung direkter MtrA-Zielgene untersucht und dadurch folgende Resultate erhalten: 1. Zellen einer ∆mtrAB-Mutante zeigten eine abnormale Morphologie und eine veränderte Antibiotika-Sensitivität. Sie waren sensitiver gegenüber Penicillin, Vancomycin und Lysozym, aber resistenter gegenüber Ethambutol. Ein ähnlicher Phänotyp konnte auch für ∆mtrA- und ∆mtrB-Mutanten beobachtet werden, mit Ausnahme der Ethambutol-Sensitivität der ∆mtrB-Mutante, die ähnlich der des Wildtyps war. 2. Durch Transkriptomanalysen mit DNA-Microarrays wurden Genen mit veränderter Expression in der ∆mtrAB und der ∆mtrA-Mutante identifiziert. Unter anderem zeigten mepA und nlpC, die für Zellwandpeptidasen kodieren, eine erhöhte mRNA-Konzentration, betP und proP, die Importer für Betain und Prolin kodieren, dagegen eine erniedrigte mRNA-Konzentration. 3. Die Deletion von mepA bzw. ppmA in der ∆mtrAB-Mutante resultierte in Stämmen, die sich bzgl. Morphologie, Wachstum und Antibiotika-Sensitivität wie die ∆mtrAB-Mutante verhielten. Die erhöhte Expression von mepA bzw. von ppmA alleine ist also nicht für den Phänotyp der ∆mtrAB-Mutante verantwortlich. 4. Um die direkten Zielgene des Antwortregulators MtrA zu identifizieren, wurden ChIP-to-chip-Experimente, DNA-Affinitätschromatographie und Gelretardationsstudien durchgeführt. Mit letztgenannter Methode konnten die MtrA-Bindestellen in den Promotorregionen von nlpC, mepA, proP und betP identifiziert werden. Bei den reprimierten Gene mepA und nlpC überlappten sie mit der “-10“-Region, während sie bei den aktivierten Genen betP und proP mehr als 40 bp stromaufwärts der Transkriptionsstartpunkte lagen. Die in vitro-Affinität von unphosphoryliertem MtrA zu mepA und nlpC war etwa zweifach höher als zu betP und proP. 5. Von den identifizierten Bindestellen aus mepA, nlpC, betP und proP wurde ein Konsensusmotiv abgeleitet und zur Suche nach Bindungsstellen im C. glutamicum-Genom eingesetzt. So konnten 12 weitere Promotorregionen identifiziert werden, an die MtrA bindet, darunter die Promotorregionen von ppmA (putative membrangebundene Protease-Modulator), csbD (putatives stressinduziertes Protein), katA (Katalase), rpf2 (Wachstumsfaktor) und dnaA (Replikationsinitiations-Protein). 6. Die Mehrzahl der durch MtrA aktivierten Gene sind an der Antwort auf verschiedene Arten von Stress beteiligt, z.B. betP und proP an hyperosmotischem Stress oder katA an oxidativem Stress. Die durch MtrA reprimierten Gene kodieren u. a. drei putative Zellwandpeptidasen (mepA, nlpC, mepB) sowie einen Wachstumsfaktor (rpf2). Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Genen (u. a. dnaA), an deren Promotorregion MtrA bindet, die aber in Microarray-Experimenten keine veränderte Expression zeigten. Dies deutet daraufhin, dass das MtrAB-System eine übergeordnete Funktion bei der Koordination von Stressantwort, Zellteilung und Wachstum haben könnte. The membrane-bound sensor kinase MtrB and the response regulator MtrA form one of 13 two-component systems in the gram-positive soil bacterium Corynebacterium glutamicum. The MtrAB system is highly conserved in actinomycetes and therefore presumably plays an important role in the adaptation of these bacteria to the environment. In this work the function of the MtrAB system was studied by the analysis of different mutant strains and by the identification of direct target genes of MtrA. The following results were obtained: 1. Cells of a ∆mtrAB mutant showed an abnormal morphology and an altered antibiotics susceptibility. They were more sensitive to penicillin, vancomycin and lysozyme but more resistant to ethambutol. A comparable phenotype was observed for ∆mtrA and ∆mtrB mutants. Only the sensitivity of ∆mtrB to ethambutol was comparable to that of the wild type. 2. Transcriptome comparisons with DNA microarrays disclosed genes with an altered mRNA level in the ∆mtrAB and the ∆mtrA mutant. Amongst others, the mRNA concentration of mepA and nlpC, encoding cell wall peptidases, was increased whereas the mRNA level of betP and proP, encoding importers for betaine and proline, respectively, was decreased. 3. Deletion of mepA or ppmA in the ∆mtrAB mutant resulted in strains with the same morphology, growth behaviour and antibiotics susceptibility as ∆mtrAB. Thus, elevated expression of mepA or ppmA alone is not responsible for the phenotype of the ∆mtrAB strain. 4. To identify direct target genes of the response regulator MtrA, ChIP-to-chip-analysis, DNA affinity chromatography and gel retardation assays were performed. With latter method, the MtrA binding sites in the promoter regions of nlpC, mepA, proP and betP were determined. The binding sites upstream of the repressed genes mepA and nlpC overlap with the “-10” region, whereas those upstream of the activated genes betP and proP are located more than 40 bp upstream of the transcriptional start sites. The in vitro affinity of unphosphorylated MtrA to repressed genes was twofold higher compared to activated genes. 5. The identified binding sites in the promoter regions of mepA, nlpC, betP and proP were used to derive a consensus motif. A search for this motif within the C. glutamicum genome and further gel retardation assays revealed 12 additional promoter regions to which MtrA binds, e.g. the promoter region of ppmA (putative protease-modulator), csbD (putative stress induced protein), katA (catalase), rpf2 (growth factor) and dnaA (replication initiation protein). 6. The majority of genes activated by MtrA are involved in different types of stress, e.g. betP and proP in hyperosmotic stress or katA in oxidative stress. Genes repressed by MtrA encode, among others, three putative cell wall peptidases (mepA, nlpC, mepB) and a growth factor (rpf2). Moreover MtrA binds to some genes (e. g. dnaA) that showed no altered expression in the microarray experiments. These observations suggest that the MtrAB system may play a role in the coordination of stress responses, cell division and growth.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe
Dokument erstellt am:	12.03.2007
Dateien geändert am:	12.03.2007
Promotionsantrag am:	09.10.2006
Datum der Promotion:	15.11.2006