Role of RNA processing in the regulation of photosynthesis gene expression in Rhodobacter sphaeroides
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projektes war es, die Rolle der RNA Prozessierung bei der regulierten Expression von bakteriellen Photosynthesegenen besser zu verstehen. Vorangehende Ergebnisse hatten gezeigt, dass die regulierte Prozessierung des puf Operons (kodiert Proteine des Photosyntheseapparates) die Stöchiometrie der Antennen- und Reaktionszentrumskomplexe in R. capsulatus beeinflusst. Wir hatten auch gezeigt, dass die sRNA PcrZ Teil eines regulatorischen loops ist, der die Expression der Photosynthesegene in R. sphaeroides kontrolliert. Die Ergebnisse dieses Projektes zeigen, dass die Prozessierung, die zur Inaktivierung von PcrZ führt, durch RNase E katalysiert wird. Eine globale RNAseq Studie kartierte auch die RNase E Spaltstellen in anderen Genen, die für die Bildung von Photosynthesekomplexen oder deren Regulation benötigt werden. Wir haben die sRNA PcrX identifiziert, die in R. sphaeroides aus der 3´ UTR des puf Operons prozessiert wird und die Stabilität der pufBALMX mRNA beeinflusst. Die Reifung von PcrX wird durch RNase E katalysiert, wie wir das auch für viele andere sRNAs in unserer globalen Studie zeigen konnten. Wie zuvor für PcrZ gezeigt, ist auch PcrX Teil eines regulatorischen loops, der der starken Induktion von Photosynthesegenen nach einem Absinken des Sauerstofflevels entgegenwirkt. Im Rahmen des Projektes wurde auch die sRNA RSaspufL untersucht, die antisense zur 5´ Region von pufL ist, welches ein Protein des Reaktionszentrums kodiert. In dieser 5´ Region befindet sich auch eine RNase E Spaltstelle, die in R. capsulatus für die ratelimiting Degradation des puf Operons verantwortlich ist. Die antisense RNA wird wie das puf Operon durch Absinken des Sauerstofflevels induziert und von den Regulatorproteinen PrrA und FnrL kontrolliert. Wie PcrX beeinflusst RSaspufL die Stabilität der pufBALMX mRNA und daher auch die Stöchiometrie von Reaktioszentrums- und Antennkomplexes. Anders als die meisten antisense RNAs benötigt RSaspufL das Chaperon Hfq für seine Funktion. Unsere Studie hat eine wichtige Rolle von RNase E bei der Prozessierung und Reifung von mRNAs und sRNAs aufgezeigt, die eine Funktion bei der Bildung des Photosyntheseapparates oder deren Regulation haben. Wir hatten dennoch keinen so drastischen Effekt verminderter RNase E Aktivität auf phototrophes Wachstum erwartet. Während das chemotrophe Wachstum von Wildtyp und Mutante bei 32 °C vergleichbar ist, ist das phototrophe Wachstum der Mutante stark beeinträchtigt. Das zeigt, dass diese RNase verschiedene physiologische Prozesse sehr unterschiedlich beeinflussen kann. Diese Unterschiede können nicht durch eine unterschiedliche Verteilung von RNase E Spaltstellen auf die Transkripte mit einer Rolle in den verschiedenen Stoffwechselwegen zurückgeführt werde. Weitere Untersuchungen sind nötig, um diesen spezifischen Einfluss von RNase E auf die Photosynthese aufzuklären.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016) The conserved Dcw gene cluster of R. sphaeroides is preceded by an uncommonly extended 5' leader featuring the sRNA UpsM. PLoS ONE
Weber, L., Thoelken, C., Volk, M., Remes, B., Lechner, M., and Klug, G.
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(2018) RNase E cleavage shapes the transcriptome of Rhodobacter sphaeroides and strongly impacts phototrophic growth. Life Science Alliance, 1 (4) e201800080
Förstner, Konrad U.; Reuscher, Carina M.; Haberzettl, Kerstin; Weber, Lennart; Klug, Gabriele
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(2018) PcrX, an sRNA derived from the 3´ UTR of the Rhodobacter sphaeroides puf operon modulates expression of puf genes encoding proteins of the bacterial photosynthetic apparatus. Mol. Microbiol.
Eisenhardt, K., Reuscher, C.M., Klug, G.
