Post-transcriptional regulation mediated by 3’-UTRs in bacteria
Fecha
2014Versión
Acceso abierto / Sarbide irekia
Tipo
Tesis doctoral / Doktoretza tesia
Impacto
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nodoi-noplumx
|
Resumen
En organismos eucariotas, la presencia de elementos reguladores en las
regiones 3’ no traducidas (3’-UTRs) del RNA mensajero (mRNA), que
controlan su estabilidad y la eficiencia de su traducción, está ampliamente
reconocida. En cambio, la posible relevancia de las 3’-UTRs como
elementos funcionales de los mRNAs bacterianos ha sido menospreciada.
En esta Tesis Doctoral, se presentan evidencia ...
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En organismos eucariotas, la presencia de elementos reguladores en las
regiones 3’ no traducidas (3’-UTRs) del RNA mensajero (mRNA), que
controlan su estabilidad y la eficiencia de su traducción, está ampliamente
reconocida. En cambio, la posible relevancia de las 3’-UTRs como
elementos funcionales de los mRNAs bacterianos ha sido menospreciada.
En esta Tesis Doctoral, se presentan evidencias que muestran que un
tercio de los mRNAs de Staphylococcus aureus, uno de los patógenos más
importantes a nivel mundial, contienen 3’-UTRs mayores de 100
nucleótidos (nt) de largo y, por lo tanto, con capacidad para albergar
funciones reguladoras. Además, se vio que la mayoría de estas 3’-UTRs
incluyen un terminador de transcripción Rho-independiente. Basados en
esta información, fue posible predecir las 3’-UTRs en otras bacterias. Así,
mediante el análisis de 25 genomas, se muestra que las 3’-UTRs largas
están ampliamente distribuidas en el mundo procariota. Con el fin de
evaluar el rol que las 3’-UTRs pueden ejercer en el control de la expresión
de los mRNAs, se seleccionó la 3’-UTR larga del mRNA de icaR, que
codifica para el represor de la síntesis de principal exopolisacárido de la
matriz del biofilm de S. aureus. Se descubrió que una región de esta 3’-
UTR hibrida con una región de la 5’-UTR que incluye la secuencia Shine-
Dalgarno. Como resultado de esta interacción, se crea una región de RNA
de cadena doble que bloquea la formación del complejo de iniciación de la
traducción y que, además, es reconocida por la endoribonucleasa RNase III que digiere este dúplex de RNA, promoviendo la degradación del mRNA de
icaR. Además, se descubrió que cambios conformaciones en la estructura
de la 5’-UTR controlan la interacción con la 3’-UTR en respuesta a la
temperatura. A 23ºC (temperatura ambiental), una región de la 5’-UTR
hibrida con una zona de la región codificante (ORF) generando una
estructura secundaria cerrada de tres horquillas que impide la interacción
con la 3’-UTR, lo que causa la acumulación de la proteína IcaR y, en
consecuencia, la inhibición de la formación del biofilm. En cambio, a 37ºC
(temperatura del hospedador) esta conformación estructural se abre
permitiendo la interacción entre la 5’- y la 3’-UTR, inhibiendo la traducción
de IcaR y facilitando la formación de biofilm. En resumen, esta Tesis
Doctoral muestra un nuevo mecanismo de regulación post-transcripcional
que modula la expresión génica en respuesta a cambios en la temperatura
ambiental, a través de la modificación de la interacción entre dominios de
RNA codificados tanto en la 3’-UTR como en la 5’-UTR de una misma
molécula de mRNA. [--]
The presence of regulatory elements in the 3’ untranslated region (3’-UTR)
of eukaryotic mRNAs controlling RNA stability and translation efficiency is
widely recognized. In contrast, the relevance of 3’-UTRs in bacterial mRNA
functionality has been disregarded. Here, we report evidences showing that
around one-third of the mapped mRNAs of the major human pathogen
Staphylococcus aureus carry ...
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The presence of regulatory elements in the 3’ untranslated region (3’-UTR)
of eukaryotic mRNAs controlling RNA stability and translation efficiency is
widely recognized. In contrast, the relevance of 3’-UTRs in bacterial mRNA
functionality has been disregarded. Here, we report evidences showing that
around one-third of the mapped mRNAs of the major human pathogen
Staphylococcus aureus carry 3’-UTRs longer than 100-nt and thus, potential
regulatory functions. We also found that most of the long 3’-UTR ends in a
Rho-independent transcriptional terminator. Based on this information, it is
possible to predict 3’-UTRs in any bacteria. Thus, we analysed 25 genomes
and found that 3’-UTRs longer than 100-nt are broadly distributed in
prokaryotes. To evaluate the role that 3’-UTRs may play in controlling
mRNA expression, we selected the long 3’-UTR of icaR mRNA, which
encodes the repressor of the main exopolysaccharidic compound of the S.
aureus biofilm matrix. We showed that base pairing between the 3’-UTR
and the Shine-Dalgarno (SD) region of icaR mRNA interferes with the
translation initiation complex and generates a double-stranded substrate for
RNase III. We also unveiled that the icaR 5’-UTR controls the 5’-3’-UTRs
interaction in response to temperature. At environmental temperature
(23ºC), a three way-helical junction structure, generated by pairing of
internal sequences from 5’-UTR and ORF regions, impairs the 5’-3’-UTR
interaction, causing the accumulation of IcaR repressor and the inhibition of
biofilm development. In contrast, at the human body temperature (37ºC), this structural conformation opens allowing the interaction of the 5’- and 3’-
UTRs that inhibited IcaR translation leading to biofilm production. Our
findings provide a singular example of a new potential post-transcriptional
regulatory mechanism to modulate bacterial gene expression in response to
temperature shifts through the interaction of a 3’-UTR with the 5’-UTR of the
same mRNA. [--]
Materias
Mecanismo de regulación post-transcripcional,
Expresión génica,
Temperatura ambiental,
Post-transcriptional regulatory mechanism,
Gene expression,
Temperature shifts
Departamento
Universidad Pública de Navarra. Departamento de Producción Agraria /
Nafarroako Unibertsitate Publikoa. Nekazaritza Ekoizpena Saila
Programa de doctorado
Localización
Entidades Financiadoras
Para la realización de este trabajo el doctorando ha disfrutado de una beca
para la Formación de Personal Investigador (FPI) asociada al proyecto
BIO2008-05284-C02-01 del Ministerio de Educación y Ciencia.
Otros proyectos de investigación que han contribuido en la realización de
este trabajo han sido: 1) Functional genomic characterization of molecular determinants for
staphylococcal fitness, virulence and drug resistance, VI Programa
Marco UE (LSHM-CT-2006, 019064); 2) Global analysis of antisense regulatory mechanisms in Staphylococcus
aureus, ERANET Pathogenomics (PIM2010EPA-00606); Análisis de la regulación post-transcripcional mediada por proteínas de
unión a RNA en Staphylococcus aureus. Ministerio de Economía y
Competitividad (BFU2011-23222).