Charakterisierung des RNA-bindenden Proteins KhpB - Mechanismen der RNA-Bindung und der Regulation von Metabolismus und Virulenz in Clostridioides difficile

• Antragstellerin: Professorin Dr. Franziska Faber
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503186380

Bakterien besitzen komplexe post-transkriptionelle regulatorische Netzwerke, um ihre Genexpression fast augenblicklich auf Veränderungen in ihrer Umgebung abzustimmen. RNA-bindende Proteine sind ein integraler Bestandteil dieser posttranskriptionellen Netzwerke und regulieren die Stabilität und Translationseffizienz von Ziel-mRNAs entweder direkt oder indirekt durch die Erleichterung der sRNA-mRNA-Basenpaarung. Die best-charakterisierten bakteriellen RNA-Chaperone sind CsrA, Hfq und ProQ. Während sie jedoch in gram-negativen Modellorganismen, wie S. enterica und E. coli, umfangreich charakterisiert wurden, fehlen sie entweder in gram-positiven Bakterien oder ihre Funktionen scheinen dort unterschiedlich zu sein.Wir haben kürzlich die erste Charakterisierung eines neuartigen RNA-bindenden Proteins, genannt KhpB, im gram-positiven, obligat anaeroben Humanpathogen Clostridioides difficile veröffentlicht, für das wir eine breite mRNA- und sRNA-Bindungsaktivität sowie eine Funktion bei der Stabilisierung einiger sRNA-Liganden nachweisen konnten. Darüber hinaus konnten wir einen negativen Effekt auf die Produktion von Toxin A, dem zentralen Virulenz Faktor von C. difficile, identifizieren. Diese Funktion in der Toxinregulierung scheint mit der Regulierung zentraler Stoffwechselwege durch KhpB verbunden zu sein, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind noch unbekannt.KhpB-Homologe sind in Bakterien verbreitet und zeigen eine konservierte, modulare Domänarchitektur, die zwei RNA-Bindungsdomänen, eine KH-II- und eine R3H-Domäne, und eine Jag-Domäne mit unbekannter Funktion umfasst. In dem vorliegenden Projektantrag werden wir uns auf die RNA-Bindungsdomänen von KhpB konzentrieren, indem wir die RNA-Bindungsstellen von KhpB genom-weit und mit Einzelnukleotidauflösung mittels CLIP-seq identifizieren. Wir werden diese Analysen auch mit definierten Mutanten in den KH-II- bzw. R3H-Domänen durchführen, um den Beitrag jeder Domäne zur RNA-Bindung zu analysieren. Mit diesem Atlas von KhpB-Liganden werden wir die funktionellen Konsequenzen der KhpB-Bindung für seine RNA-Targets in vivo analysieren. Darüber hinaus werden wir unsere Daten zum KhpB-Targetom mit gezielten Metabolitenanalysen einer khpB-Mutante integrieren, um zu charakterisieren, wie KhpB zentrale Stoffwechselwege und die Toxinproduktion steuert.Unsere Analysen werden eine neue posttranskriptionelle Ebene in der Regulation der Virulenz von C. difficile charakterisieren, die unser Verständnis darüber erweitern wird, wie dieses Darmpathogen seinen Stoffwechsel und folglich seine Virulenz als Reaktion auf das Darmmilieu feinjustiert. Diese Analysen werden deutlich zu unserem Verständnis der Mechanismen der RNA-Regulierung durch diese aufkommende Klasse globaler RNA-bindender Proteine beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen