The role of the RNA-binding protein Hfq in the model pathogen Salmonella Typhimurium

Hfq ist ein RNA-bindendes Protein, welches in vivo als Homohexamer vorliegt. Basierend auf seiner Struktur, die die hoch konservierten Sm1 and Sm2 Motive aufweist, wird es in die wachsende Familie der Sm und Sm-ähnlichen (Lsm) Proteine eingeordnet. Wir konnten zeigen, dass Hfq ein pleiotroper Regulator in Bakterien ist, der eine Vielzahl von Funktionen aufweist und in multiple Prozesse involviert ist. Das RNA Chaperon Hfq ist essentiell fuer die Virulenz von Salmonella Typhimurium Wir konnten zeigen, dass Hfq keinen grossen Einfluss auf das Wachstum oder die Vitalität des pathogenen Bakteriums Salmonella Typhimurium unter Laborbedingungen hat. Allerdings ist Hfq ein wichtiger Regulator der Pathogenizität dieses Bakteriums. Die Deletion von hfq in Salmonella führt sowohl zum Verlust der Expression als auch der Sekretion von Effektorproteinen, wodurch die Invasion in nicht-phagozytierende Zellen und die intrazelluläre Replikation in Makrophagen (phagozytierende Zellen) reduziert ist. Die verminderte Infektiosität der Δhfq Mutante konnte auch im Infektionsmodel der Maus gezeigt werden. Weiterführende Studien zeigten massive Änderungen im gesamten Proteinprofil. Die am häufigsten misregulierten Proteine gehörten zu der Klasse der Membran- und membranassoziierten Proteine. Durch Überexpression des Haupttranskriptionsfaktors von SPI1, HilA, konnte die Expression der Effektorproteine, aber nicht deren Sekretion wieder hergestellt werden. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass Veränderungen der mRNA-Stabilitäten den starken Anstieg des Hauptmembranproteins, OmpD und die Abnahme des Flagellarproteins FliC bewirkten. Hochdurchsatzsequenzierung von kleinen nichtkodierenden RNA und mRNA Bindungspartnern des globalen posttranskriptionalen Regulators Hfq Mit der Methode der Hochdurchsatzsequenzierung “high throughput pyrosequencing“ (HTPS) konnten wir das weitreichende Regulon des pleiotropen Regulators Hfq analysieren. Durch den Vergleich von Transkriptom-Daten mit Sequenzen aus der Coimmunopräzipitation (CoIP) von direkten Bindungspartnern von Hfq konnten Gene unterschieden werden, die direkt von Hfq beeinflusst sind, von Genen, die als Folge deregulierter Transkriptionsfaktoren in der Δhfq Mutante misreguliert sind. Durch die Gegenüberstellung der Hfq-CoIP und der Kontroll-CoIP konnten Hfq-spezifische Anreicherungsfaktoren für eine grosse Anzahl von verschiedenen mRNAs und von sRNAs in Salmonella Typhimurium ermittelt werden. Hfq reguliert diverse Transkriptionsfaktoren, wie z.B. einen der Transkriptionsfaktor von SPI1, HilD und den Haupttranskriptionsfaktor FlhD2C2, der Flagellargene in Salmonella und anderen Bakterienspezies, reguliert. Durch Überexpression dieser Transkriptionsfaktoren konnten Phänotypen einer Δhfq Mutante, wie der Verlust der Expression und Sekretion von Effektorproteinen, sowie die reduzierte Expression des in Klasse III der Flagellargene kodierten Flagellingens, FliC, komplementiert werden. Des weiteren wurde die Expression von 10 neuen sRNAs in diesem Pathogen nachgewiesen und die Expression von im Modellorganismus E. coli konservierten sRNAs in Salmonella bestätigt. Neben nichtkodierenden RNAs konnten auch zwei mRNAs, welche für kleine Protein in E. coli kodieren in den CoIP RNA Proben von Salmonella Typhimurium detektiert werden.