DNA-Microarray-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das DNA-Microarray-System wurde in den ersten drei Jahren nach seiner Beschaffung zur Produktion von DNA-Microarrays und/oder zur Analyse der Transkriptome von insgesamt fünf Arten eingesetzt, Haloferax volcanii, Halobacterium salinarum, Thermoproteus tenax, Escherichia coli und Saccharomyces cerevisiae. Im Vordergrund stand die klassische Anwendung der genomweiten Untersuchung von Transkriptmengen. Beispiele sind die Aufklärung des Abbauweges für Xylose in H. volcanii, die Identifizierung von Transkripten, deren Konzentration sich im Zellzyklus von H. salinarum zyklisch ändert, die differentielle Regulation des Zentralstoffwechsels von T. tenax im Vergleich von autotrophen mit heterotrophen Wachstumsbedingungen, die Änderung des Transkriptoms von E. coli nach Behandlung mit Kasugamycin und die Optimierung von Hefe für die Produktion von Feinchemikalien. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war die Identifizierung des bislang einzigen in der molekulargenetischen Forschung mit Haloarchaea verwendeten regulierbaren Promotors, der weite Verbreitung gefunden hat. Das DNA-Microarray-System wurde nicht nur für klassische Transkriptomanalysen verwendet. Eine weitere Anwendung war die genomweite Analyse der biologischen Halbwertszeiten von Transkripten von H. salinarum, was weltweit bislang nur mit einem weiteren Archaeon und zwei Bakterien durchgeführt wurde. Die Gruppe von Jörg Soppa ist bislang die einzige, die Translatomuntersuchungen mit Prokaryoten durchführt. Dazu werden Cytoplasmaextrakte von H. volcanii oder E. coli durch Sucrosedichtegradientenzentrifugation aufgetrennt und freie, untranslatierte RNA sowie polysomengebundene RNA isoliert. Die beiden Fraktionen werden danach mit dem DNA-Microarray-System verglichen. Die Analyse wird mit Zellen durchgeführt, die unterschiedlichen Bedingungen unterlagen, und so konnten genomweit Transkripte identifiziert werden, die einer differentiellen Translationskontrolle unterliegen. In der Fortführung dieser Versuche konnte ein fünfter und neuartiger Mechanismus der Translationsinitiation entdeckt werden. Momentane Haupteinsatzgebiete sind die Charakterisierung der Initiation und Regulation der Translation in H. volcanii und E. coli, der Analyse der biologischen Funktionen von kleinen regulatorischen RNAs in Haloarchaea, und der Vergleich der Transkriptome von Mutanten mit denen des Wildtyps.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2007) Characterization of a tightly controlled promoter of the halophilic archaeon Haloferax volcanii and its use in the analysis of the essential cct1 gene. Mol Microbiol 66(5), 1092-1106
Large, A., Stamme, C., Lange, C., Duan, Z., Allers, T., Soppa, J., and Lund, P. A.
- (2007) Experimental characterization of cis-acting elements important for translation and transcription in halophilic Archaea. PLoS Genet 3(12): e229
Brenneis, M., Hering, O., Lange, C., and Soppa, J.
- (2007) Genome-wide analysis of growth phasedependent translational and transcriptional regulation in halophilic archaea. BMC Genomics 8, 415
Lange, C., Zaigler, A., Hammelmann, M., Twellmeyer, J., Raddatz, G., Schuster, S., Oesterhelt, D., and Soppa, J.
- (2007) Global analysis of mRNA decay in Halobacterium salinarum NRC-1 at single-gene resolution using DNA microarrays. J Bacteriol 189, 6936-6944
Hundt, S., Zaigler, A., Lange, C., Soppa, J., and Klug, G.
- (2007) Transcriptome changes and cAMP oscillations in an archaeal cell cycle. BMC Cell Biol. 8:21
Baumann, A., Lange, C. and Soppa, J.
- (2008) Characterization of a Haloferax volcanii member of the enolase superfamily: deletion mutant construction, expression analysis, and transcriptome comparison. Arch Microbiol 190, 341-353
Dambeck, M., Soppa, J.
- (2008) DNA microarray analysis of the central carbohydrate metabolism: glycolytic / gluconeogenetic carbon switch in the hyperthermophilic crenarchaeum of Thermoproteus tenax. J. Bacteriol 190, 2231-2238
Zaparty, M., Zaigler, A., Stamme, C., Soppa, J., Hensel, R., and Siebers, B.
- (2008) Genomics and functional genomics with halophilic Archaea. Arch Microbiol 190, 197-215
Soppa, J., Baumann, A., Brenneis, M., Dambeck, M., Hering, O., Lange, C.
- (2008) The central carbohydrate metabolism of the hyperthermophilic crenarchaeote Thermoproteus tenax: pathways and insights into their regulation. Arch. Microbiol. 190: 231-245
Zaparty, M., Tjaden, B., Hensel, R., Siebers, B.
- (2009) A novel mechanism for translation initiation operates in haloarchaea. Mol Microbiol 71, 1451-1463
Hering, O., Brenneis, M., Beer, J., Suess, B., Soppa, J.
- (2009) D-xylose degradation pathway in the halophilic archaeon Haloferax volcanii. J Biol Chem 284: 27290-27303
Johnsen, U., Dambeck, M., Zaiß, H., Fuhrer, T., Soppa, J., Sauer, U., Schönheit, P.
- (2009) Regulation of translation in haloarchaea: 5’- and 3’-UTRs are essential and have to functionally interact in vivo. PLOS One 4, e4484
Brenneis, M., Soppa, J.
- (2010) The archaeal Lsm protein binds to small RNAs. J Biol Chem. 285 (45): 34429-34438
Fischer S., Benz J., Spath B., Maier LK., Straub J., Granzow M., Raabe M., Urlaub H., Hoffmann J., Brutschy B., Allers T., Soppa J., Marchfelder A.
