RNA-basierende Regulation der Photosynthesegene bei der Anpassung von Rhodobacter sphaeroides an unterschiedliche Wachstumsbedingungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die meisten Bakterien müssen sich ständig an Änderungen in der Umwelt anpassen. Das aquatische Bakterium Rhodobacter sphaeroides nutzt Sauerstoff für aerobe Atmung. In Abwesenheit von Sauerstoff (z.B. in bestimmten Zonen von Seen) kann es Pigment-Protein Komplexe bilden und in Anwesenheit von Licht anoxygene Photosynthese betreiben. Dieser Prozess muss gut kontrolliert sein. Die gleichzeitige Anwesenheit von Pigmenten, Licht und Sauerstoff würde nicht nur Energie verschwenden, sondern zur Bildung des schädlichen Singulett Sauerstoffs führen. Lange Zeit nahm man an, dass solche Anpassungs-Prozesse v.a. auf Ebene der Transkription kontrolliert werden: der Bildung von mRNA aus der DNA Matrize eines Gens. Heute wissen wir, dass auch der Abbau der mRNA eine wichtige Rolle bei der Regulation der Genexpression spielt. Der RNA-Abbau wird durch Ribonukleasen (RNasen) katalysiert und auch durch andere RNA-bindende Proteine kontrolliert, sowie durch kleine, nichtkodierende RNAs (sRNAs), die an die mRNAs binden. Wir haben Transkriptom-Analysen (quantitative Detektion aller zellulären RNAs) für den Wildtyp und einige Mutanten von R. sphaeroides durchgeführt, bei mikroaerobem Wachstum (wenig Sauerstoff, kein Licht) und bei phototrophem Wachstum (kein Sauerstoff, Licht) und sowohl in exponentieller Phase, wenn Nährstoffe verfügbar sind und die Bakterien sich mit maximaler Rate teilen als auch in stationärer Phase, wenn Nährstoffe limitiert sind und die Bakterien aufhören, sich zu teilen. In ihrer natürlichen Umgebung befinden sich Bakterien meist in stationärer Phase, während Laborexperimente fast immer in exponentieller Phase durchgeführt werden. Unsere Daten haben die Bedeutung der RNase E, RNase III (beides Endoribonukleasen) und in geringerem Maß der PNPase (Polynukleotidphosphorylase, Exoribonuklease) bei der regulierten Bildung von Photosynthesekomplexen unterstrichen und Einsichten in die zugrundeliegenden Mechanismen geliefert. Auch die sRNA StsR und das kleine RNA-bindende Protein CcaF1 tragen zu dieser Regulation bei. Die Wachstumsphase hat einen starken Einfluss auf die veränderte Genexpression zwischen mikroaerobem und phototrophem Wachstum. Dies ist zum Teil auf den Einfluss der RNasen und von StsR zurückzuführen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A Complex Network of Sigma Factors and sRNA StsR Regulates Stress Responses in R. sphaeroides. International Journal of Molecular Sciences, 22(14), 7557.
Eisenhardt, Katrin M. H.; Remes, Bernhardt; Grützner, Julian; Spanka, Daniel-Timon; Jäger, Andreas & Klug, Gabriele
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Antisense RNA asPcrL regulates expression of photosynthesis genes in Rhodobacter sphaeroides by promoting RNase III-dependent turn-over of puf mRNA. RNA Biology, 18(10), 1445-1457.
Reuscher, Carina M. & Klug, Gabriele
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Impact of PNPase on the transcriptome of Rhodobacter sphaeroides and its cooperation with RNase III and RNase E. BMC Genomics, 22(1).
Spanka, Daniel-Timon; Reuscher, Carina Maria & Klug, Gabriele
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Ribonuclease E strongly impacts bacterial adaptation to different growth conditions. RNA Biology, 20(1), 120-135.
Börner, Janek; Friedrich, Tobias; Bartkuhn, Marek & Klug, Gabriele
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RNase III participates in control of quorum sensing, pigmentation and oxidative stress resistance in Rhodobacter sphaeroides. Molecular Microbiology, 120(6), 874-892.
Börner, Janek; Friedrich, Tobias & Klug, Gabriele
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The Small RNA-Binding Protein CcaF1 Promotes Formation of Photosynthetic Complexes in Rhodobacter sphaeroides. International Journal of Molecular Sciences, 24(11), 9515.
Grützner, Julian; Börner, Janek; Jäger, Andreas & Klug, Gabriele
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The Impact of the Major Endoribonucleases RNase E and RNase III and of the sRNA StsR on Photosynthesis Gene Expression in Rhodobacter sphaeroides Is Growth-Phase-Dependent. International Journal of Molecular Sciences, 25(16), 9123.
Börner, Janek; Grützner, Julian; Gerken, Florian & Klug, Gabriele
