Kleine regulatorische RNAs in Agrobacterium tumefaciens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Agrobacterium tumefaciens ist ein Modellorganismus von großer ökologischer und ökonomischer Bedeutung. Das Bakterium induziert Wurzelhalstumore an einer Vielzahl von landwirtschaftlich relevanten Pflanzen und dient als molekulares Werkzeug für die Herstellung genetisch modifizierter Pflanzen. Mittels RNA-Sequenzierung wurden Hunderte von kleinen RNAs (small RNAs, sRNAs) in dem Pflanzenpathogen entdeckt. Wir haben mehrere Kandidaten detailliert untersucht. AbcR1 erwies sich als erster Vertreter einer großen sRNA-Familie, die zahlreiche ABC-Transportergene reguliert. Aktuell untersuchen wir eine weitere sRNA-Familie, die exponierte CCUCC-Sequenzen („Kuckuck“-Motive) aufweist und ebenfalls eine Reihe von ABC-Transportern reguliert. Die sRNA PmaR wurde als positiver Regulator von Genen der Peptidoglykan-Biosynthese, der Motilität und der Beta-Laktamase AmpC identifiziert. Bei der Untersuchung dieser sRNAs stellten wir fest, dass sie durch den LysR-Typ-Regulator (LTTR) LsrB reguliert werden. RNA-Sequenzierung der lsrB-Mutante zeigte eine Fehlregulation von mehr als 100 sRNAs. Dieses Ergebnis legt nahe, dass viele Gene des ursprünglich beschriebenen LsrB-Regulons nicht durch den Transkriptionsfaktor direkt, sondern stattdessen indirekt durch LsrB-kontrollierte sRNAs reguliert werden. Ein direkt und negativ durch LsrB reguliertes Gen von großem Interesse ist ampD, welches für eine Anhydroamidase kodiert. In der lsrB-Mutante führt die Überproduktion dieses am Peptidoglykan-Recycling beteiligten Enzyms zu erhöhter Ampicillin-Empfindlichkeit, weil intrazelluläre Muropeptide vollständig rezykliert werden und nicht mehr für die Induktion der Beta-Laktamase zur Verfügung stehen. Insgesamt spielt LsrB somit eine doppelte Rolle in der Regulation der bislang ungeklärten natürlichen Beta-Laktam-Resistenz. Der LTTR reguliert die ampD-Expression negativ und die Produktion der sRNA PmaR positiv. Ein weiterer Schwerpunkt unserer Arbeiten lag in der Aufklärung der Struktur und Funktionsweise von LsrB. Mittels Massenspektrometrie, AlphaFold-Vorhersagen, Mutagenese und einer vorläufigen Cryo-EM-Struktur konnten wir zeigen, dass LsrB ein Redox-Schalter ist, der Wasserperoxid durch reversible Disulfidbrücken detektiert. Vergleichende RNA- Sequenzierung von lsrB- und/oder oxyR-Mutanten ergaben teilweise überlappende, aber auch distinkte Regulons der beiden Redox-Sensoren. Eine Besonderheit von LsrB ist, dass der LTTR zusätzlich die von Pflanzen produzierte, phenolische Substanz Acetosyringon wahrnimmt. Microscale-Thermophorese und ortsspezifische Mutagenese haben die bioinformatisch vorhergesagte Liganden-Bindestelle bestätigt. Insgesamt wurde in diesem Projekt der globale Regulator LsrB als ein entscheidender Faktor in A. tumefaciens identifiziert, der die Expression zahlreicher sRNAs, der Nährstoffaufnahme und Beta-Laktam-Resistenz, sowie der Virulenz kontrolliert. Somit gewährleistet LsrB diesem ubiquitären Pflanzenpathogen das Überleben in einer komplexen Umwelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A Small Regulatory RNA Controls Cell Wall Biosynthesis and Antibiotic Resistance. mBio, 9(6).
Borgmann, Jessica; Schäkermann, Sina; Bandow, Julia Elisabeth & Narberhaus, Franz
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The RNase YbeY Is Vital for Ribosome Maturation, Stress Resistance, and Virulence of the Natural Genetic EngineerAgrobacterium tumefaciens. Journal of Bacteriology, 201(11).
Möller, Philip; Busch, Philip; Sauerbrei, Beate; Kraus, Alexander; Förstner, Konrad U.; Wen, Tuan-Nan; Overlöper, Aaron; Lai, Erh-Min & Narberhaus, Franz
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A LysR‐type transcriptional regulator controls the expression of numerous small RNAs in Agrobacterium tumefaciens. Molecular Microbiology, 116(1), 126-139.
Eisfeld, Jessica; Kraus, Alexander; Ronge, Christian; Jagst, Michelle; Brandenburg, Vivian B. & Narberhaus, Franz
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The LysR‐type transcription factor LsrB regulates beta‐lactam resistance in Agrobacterium tumefaciens. Molecular Microbiology, 121(1), 26-39.
Schmidt, Janka J.; Remme, Donata C. L. E.; Eisfeld, Jessica; Brandenburg, Vivian B.; Bille, Hannah & Narberhaus, Franz
