The mechanism of pRNA-mediated release of RNA polymerase from Bacillus subtilis 6S-1 RNA

Adaptation of the transcriptome to nutrient limitation and resupply is a fundamental process in bacteria, particularly in natural habitats. Bacterial 6S RNA, an ubiquitous and growth phasedependent regulator of transcription, binds to RNA polymerase (RNAP) and inhibits transcription during stati...

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Main Author: Beckmann, Benedikt
Contributors: Hartmann, Roland (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2010
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Die Anpassung des Transkriptoms an veränderte Nahrungsbedingungen ist ein grundlegender Prozess in Bakterien, ganz besonders in natürlichen Lebensräumen. Die bakterielle 6S RNA, ein universeller und wachstumsphasenabhängiger Transkriptionsregulator, bindet an die RNA Polymerase (RNAP) und verhindert die Transkription im stationären Wachstum. Nach erneuter Verfügbarkeit von Nährstoffen, fungiert die RNAP als RNAabhängige RNA polymerase und transkribiert große Mengen einer kurzen RNA (pRNA), wobei sie die 6S RNA als Templat benutzt. Dieser Vorgang führt zur Dissoziation des 6S RNA-RNAP Komplexes. Während in der Mehrheit der Bakterien nur eine einzelne 6S RNA exprimiert wird, gibt es zwei 6S RNAs in Bacillus subtilis (6S-1 und 6S-2), die zwar die gleiche Sekundärstruktur einnehmen, aber unterschiedliche Expressionsprofile haben. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir die beiden 6S RNAs aus B. subtilis untersucht, wobei ein Fokus auf der Synthese der pRNA und deren Funktion lag. Wir begannen unsere Untersuchungen mit zwei Ansätzen: Wir identifizierten zunächst Transkription von pRNA mit 6S-1 RNA als Templat in vivo durch Hochdurchsatz-Sequenzierung und entwickelten außerdem ein neues Northern-Hybridisierungsprotokoll, das es uns erlaubte, pRNAs in bakteriellen Extrakten zu detektieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Dissoziation der RNAP und 6S-1 RNA, dem funktionellen Homolog der gut untersuchten 6S RNA aus E. coli, durch stabile Bindung der pRNA reguliert wird. Wir fanden zusätzlich heraus, dass dieser Vorgang zu strukturellen Veränderungen in der 6S-1 RNA führt; ausgelöst durch Unterschiede in der Länge der pRNA in den verschiedenen Wachstumsphasen. Diese spezifische strukturelle Änderung der 6S RNA scheint außerdem ein Merkmal der 6S RNA in Bakterien generell zu sein. Darüber hinaus konnten wir zeigen, dass die Dissoziation der RNAP und der Abbau der 6S-1 RNA in vivo verknüpft sind. Zusammenfassend erweitern unsere Ergebnisse das momentane Verständnis der Funktion der 6S RNA und geben Einsicht in den Mechanismus der Dissoziation der RNAP von 6S RNA in Bakterien.