SPP 1617

Underlying principles of bistability in the expression of the pivotal virulence regulator RovA in Yersinia pseudotuberculosis and role for virulence

Die Besiedelung des Darmtrakts und die weitere Verbreitung des enteropathogenen Bakteriums Yersinia pseudotuberculosis in tiefer gelegene Gewebe wird durch verschiedene Virulenzfaktoren wie die PsaA Pili und den Invasionsfaktor InvA initiiert, die durch den bedeutenden Virulenzregulator RovA in den frühen Phasen der Infektion induziert werden. RovA zählt zu den Transkriptionsfaktoren der MarR Familie. Die Synthese von RovA ist streng durch eine positive und negative Rückkopplungs­schleife autoreguliert und wird zudem durch die Temperatur, die Wachstumsphase und die Nahrungs­zusammensetzung des umgebenden Mediums kontrolliert.

RovA ist ein Proteinthermo­meter, das einen internen Temperatursensor trägt, durch den eine Temperaturveränderung zwischen 25°C and 37°C durch eine reversible Konformationsänderung wahrgenommen wird. Diese Veränderung reduziert die DNA-Bindung des Regulators und macht ihn sensitiver gegenüber der Proteolyse durch die Lon Pro­tease. Durch die Modellierung dieser rovA Regulation wurde eine bimodale Expression für das rovA Gen vorhergesagt und durch die Analyse von rovA-gfp Fusionen konnte phänotypische Heterogenität von rovA bereits durch Fluoreszenzmikroskopie und “Flow-Cytometry” nachgewiesen werden.

Da bisher kein temperaturabhängiges bistabiles System identifiziert und charakterisiert wurde, sollen die molekularen Mechanismen und Regelprinzipien, die diesem System zugrunde liegen, genauer mittels “Time lapse” Fluoreszenzmikroskopie und “Flow Cytometrie” untersucht werden. Dies wird uns erlau­ben die Genexpression bei bestimmten Temperaturen in einer Subpopulation über mehrere Genera­tionen zu verfolgen und zu rekonstituieren, sowie die Stochastik, Bistabilität und Hysterese des Sys­tems näher zu charakterisieren.

Weiterhin soll der Einfluss von rovA Mutanten, die in ihrer DNA-Binde­fähigkeit, Temperaturwahrnehmung, Autoregulation oder Degradation eingeschränkt sind, sowie der Einfluss von nahrungsabhängigen Kontrollmechanismen auf die phänotypische Heterogenität unter­sucht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zur Validierung und systematischen Optimierung des bestehenden Modells genutzt.

Ein weiteres wichtiges Ziel dieses Projektes ist es die Rolle der Bistabilität des RovA Systems bei der Pathogenese im Mausmodell zu studieren, um herauszufinden, ob diese zur biolo­gischen Fitness während der Infektion und Virulenz beiträgt.

Beteiligte Gruppen

Koordinator

Prof. Dr. Kirsten Jung

Geldgeber / Förderer

DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft