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Projekt
Die zugrundeliegenden Prinzipien der Bistabilität in der Expression des bedeutenden Virulenzregulators RovA aus Yersinia pseudotuberculosis und die Rolle bei der Virulenz
Antragstellerin
Professorin Dr. Petra Dersch
Fachliche Zuordnung
Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
Förderung
Förderung von 2012 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 218303910
Der Transkriptionsfaktor RovA aus Yersinia pseudotuberculosis, der bedeutende Virulenz-assoziierte Prozesse kontrolliert, verwendet ein eingebautes Thermometer, um seine Aktivität zu kontrollieren. Temperaturveränderungen zwischen 25°C and 37°C, wie sie beim Ein- und Austritt aus dem Wirt wahrgenommen werden, induzieren reversible Konformationsänderungen im RovA Dimer, die die DNA-Bindung reduzieren und das Protein sensitiver gegenüber der Proteolyse durch die Lon Protease machen. Die Synthese von RovA ist zudem streng durch eine positive und negative Rückkopplungsschleife autoreguliert und wird, neben der Temperatur, auch durch die Wachstumsphase und die Nahrungszusammensetzung des umgebenden Mediums kontrolliert. Expressionsstudien von rovA-gfp Fusionen bei unterschiedlichen Temperaturen und über mehrere Generationszeiten hinweg mit Time lapse Fluoreszenzmikroskopie und Durchflusszytometrie haben gezeigt, dass in einem bestimmten Temperaturbereich zwei separate Subpopulationen (AN und AUS) von Y. pseudotuberculosis gebildet werden, die auf eine bimodale Expression von rovA zurückzuführen sind. Wir haben die molekularen Mechanismen, die diesem Temperatur-abgestimmten bistablen Schalter zugrunde liegen, aufgeklärt und deterministische und stochastische mathematische Modelle entwickelt, die den Temperatureinfluss und die Veränderung von regulatorischen Komponenten erklären und vorhersagen. Die Analyse von Mutanten, in welchen die bimodale Expression von rovA verändert ist, zeigte, dass die phenotypische Heterogenität von RovA für die Pathogenität und Fitness im Verlauf der Infektion bedeutend ist. Welche biologischen Prozesse hierbei eine Rolle spielen ist jedoch noch nicht bekannt und wird Thema unserer geplanten Studie sein. Hierzu wollen wir: (i) die zeit- und räumliche Verteilung der AN und AUS Subpopulationen im infizierten Gewebe im Verlauf der Infektion analysieren (ii) die biologischen Funktionen identifizieren, die in den beiden Subpopulationen (AN und AUS) in vitro und während der Infektion unterschiedlich exprimiert werden und ihre Signifikanz für die bakterielle Fitness und Pathogenität aufklären (iii) den Einfluss von Nährstoffen/Metaboliten auf die Ausbildung des bistabilen Phänotyps von RovA im Verlauf der Infektion bestimmen und ihre Bedeutung für die Persistenz und Pathogenität der Erreger eruieren. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in die bereits entwickelten mathematischen Modelle eingebaut und zur weiteren Validierung und systematischen Optimierung der Modelle verwendet. Diese Untersuchungen werden wertvolle Informationen über die Existenz, die Eigenschaften und die Rolle von RovA-exprimierenden und nicht-exprimierenden bakteriellen Zellen innerhalb einer bestehenden bakteriellen Gemeinschaft liefern. Weiterhin werden Erkenntnisse darüber gewonnen, wie die Bistabilität von RovA zu einer schnellen Adaptation der Bakterien bei raschen Veränderungen der Umwelt im und ausserhalb des Wirts beträgt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
