Schwamm-RNA kontrolliertes Quorum Sensing Verhalten bei Vibrio cholerae

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Papenfort
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie ; Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285804960

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Quorum Sensing (QS) ist ein wichtiger Mechanismus zur Koordinierung von Verhaltensweisen bei vielen Mikroorganismen. Bei Vibrio cholerae, einem bedeutenden menschlichen Krankheitserreger und Modellorganismus zur Erforschung mikrobieller Kommunikation, ist QS für kollektive Verhaltensweisen wie Biofilmbildung und Virulenz von entscheidender Bedeutung. Um QS effektiv durchführen zu können, muss V. cholerae extrazelluläre chemische Signale (Autoinduktoren) erkennen und interpretieren und sie in Veränderungen der Genexpression umwandeln. Dieser Prozess umfasst ein Netzwerk aus Transkriptionsregulatoren und kleinen regulatorischen RNAs (sRNAs), die zusammenarbeiten, um eine optimale QS-Funktion sicherzustellen. Dieses Projekt konzentrierte sich auf die Untersuchung einer neu identifizierten Komponente dieses Netzwerks namens QrrX. QrrX ist Teil einer weniger verstandenen Gruppe von Schwamm-RNAs – nicht-kodierenden Regulatoren, die speziell anderen nicht-kodierenden Regulatoren entgegenwirken. Unsere Ergebnisse zeigten, dass QrrX Basenpaare mit Qrr1-4-sRNAs bildet und deren Aktivität hemmt, die die wichtigsten regulatorischen Elemente des QS-Signalwegs bei V. cholerae sind. Insbesondere haben wir beobachtet, dass Zellen ohne qrrX nicht richtig von einer niedrigen zu einer hohen Zelldichte wechseln können, was darauf schließen lässt, dass QrrX die Genexpression in großem Maßstab beeinflusst. Darüber hinaus haben wir einen neuen Transkriptionsregulator (QrrT) identifiziert, der die qrrX-Expression steuert. Insgesamt glauben wir, dass diese Forschung unser Verständnis des QS-Signalwegs in V. cholerae erheblich erweitert und Einblicke in die breitere Architektur von QS-Netzwerken und die Rolle von Schwamm-RNAs in ihnen gegeben hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Regulation outside the box: New mechanisms for small RNAs. Molecular Microbiology, 114(3), 363-366.
  Fröhlich, Kathrin S. & Papenfort, Kai
  
• An RNA sponge controls quorum sensing dynamics and biofilm formation in Vibrio cholerae. Nature Communications, 13(1).
  Huber, Michaela; Lippegaus, Anne; Melamed, Sahar; Siemers, Malte; Wucher, Benjamin R.; Hoyos, Mona; Nadell, Carey; Storz, Gisela & Papenfort, Kai
  
• Microbial Communication via Pyrazine Signaling: A New Class of Signaling Molecules Identified in Vibrio cholerae. Israel Journal of Chemistry, 63(5-6).
  Silpe, Justin E.; Duddy, Olivia P. & Papenfort, Kai
  
• Small regulatory RNAs in Vibrio cholerae. microLife, 4.
  Ghandour, Rabea & Papenfort, Kai
  
• Small RNAs, Large Networks: Posttranscriptional Regulons in Gram-Negative Bacteria. Annual Review of Microbiology, 77(1), 23-43.
  Papenfort, Kai & Melamed, Sahar