Drei sind (k)einer zu viel: Wie sRNAs die Zellwandsynthese steuern

0 Korrespondenzadresse: Dr. Yvonne Gopel Universitat Wien Vienna Biocenter Max F. Perutz Laboratories Department of Microbiology , Immunobiology and Genetics Dr. Bohr-Gasse 9 A-1030 Wien Tel.: Die Kaskade aus den sRNAs GlmY und GlmZ und dem Adapterprotein RapZ steuert die Expression der Glukosamin-6-phosphat-Synthase (GlmS) in Escherichia coli. Ist viel Glukosamin-6-phosphat (GlcN6P) vorhanden, wird GlmZ durch RapZ und die Endoribonuklease RNase E abgebaut. Wird GlcN6P bentigt, fhrt die Akkumulation der homologen sRNA GlmY zur Stabilisierung von GlmZ. - Kleine regulatorische RNAs (sRNAs) sind wichtige posttranskriptionelle Regulatoren der Genexpression in allen Domnen des Lebens und wirken in verschiedenen physiologischen Prozessen [1]. Kleine RNAs agieren meist ber Basenpaarung mit ihren Zieltranskripten und beeinflussen deren Translation und/oder Stabilitt. In Escherichia coli reguliert die sRNA GlmZ die Expression der Glukosamin-6-phosphatSynthase (GlmS) ein Schlsselenzym im Aminozucker-Stoffwechsel. GlmS bildet Glukosamin-6-phosphat (GlcN6P), einen wichtigen Vorlufer im Aufbau der Zellwand. In der glmS-mRNA liegt die Ribosomenbindestelle in einer Sekundrstruktur verborgen, wodurch die Translation nur ineffizient erfolgt. Mithilfe des RNA-bindenden Proteins Hfq kann GlmZ mit glmS Basen-paaren, diese Struktur somit aufbrechen und die Translation ermglichen [2]. GlmZ selbst unterliegt einer Prozessierung, wodurch diese sRNA abgebaut wird. Interessanterweise wird fr diesen Prozess das Protein RapZ bentigt, ein bis dato noch nicht charakterisiertes, konserviertes Protein. Wenn GlcN6P in der Zelle limitierend ist, kann der Abbau von GlmZ durch eine zweite, homologe sRNA GlmY verhindert werden (Abb. 1). Im Rahmen meiner Doktorarbeit gelang es, den Mechanismus dieser in Enterobakterien konservierten sRNA-Kaskade aufzuklren und die Funktion des RapZ-Proteins zu entschlsseln [3, 4]. RapZ ist ein RNA-bindendes Protein, das GlmY und GlmZ bindet. Wird die Aktivitt des Enzyms GlmS nicht bentigt, bindet RapZ an GlmZ und rekrutiert die Endoribonuklease RNaseE zum Abbau der sRNA. RNaseE ist eine essenzielle, globale Endoribonuklease. An ihrer C-terminalen Domne organisiert RNaseE einen Multienzymkomplex, das Degradosom, das am Abbau einer Vielzahl von RNAs beteiligt ist. Im Gegensatz dazu kann durch Interaktion der N-terminalen katalytischen Domne von RNaseE mit RapZ ganz gezielt ein Transkript, nmlich die sRNA GlmZ, abgebaut werden. RapZ agiert demnach als Adapter, der eine generelle RNase mit einem spezifischen Substrat zu dessen Abbau zusammenfhrt [4]. Sinkt der GlcN6P-Spiegel, wird die Aktivitt des synthetisierenden Enzyms GlmS essenziell. Unter diesen Bedingungen akkumuliert die kleine RNA GlmY und titriert RapZ. GlmY bt dabei die Rolle eines Anti-Adapters aus und kdert RapZ. Somit wird verhindert, dass GlmZ prozessiert werden kann. GlmZ aktiviert dann die Expression von glmS, was zum Anstieg der GlcN6PMenge fhrt. GlcN6P inhibiert zunehmend die GlmY/GlmZ-Kaskade. Die Regulation der glmS-Expression unterliegt also einer negativen Rckkopplung. ber diesen komplexen Mechanismus aus drei Komponenten, zwei hierarchisch wirkenden, homologen sRNAs und einem Adapterprotein, wird ein Gleichgewicht an GlcN6P in der Zelle eingestellt (Abb. 1). Danksagung Mein Dank gilt meinem Doktorvater Boris Grke, unseren Kollaborationspartnern und der DFG sowie dem Dorothea-Schlzer-Programm der Universitt Gttingen fr die finanzielle Untersttzung. (...truncated)