MtrA, ein bifunktionaler Antwortregulator aus Corynebacterium glutamicum

Die Sensorkinase MtrB und der Antwortregulator MtrA bilden eines von 13 Zweikomponentensystemen in dem Gram-positiven Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum. Das MtrAB-System ist in Actinomyceten hoch konserviert und spielt daher vermutlich eine wichtige Rolle bei der Anpassung dieser Bakterien an ihre Umwelt. In dieser Arbeit wurde die Funktion des MtrAB-Systems in C. glutamicum durch Analyse von Mutanten und die Identifizierung direkter MtrA-Zielgene untersucht und dadurch folgende Resultate erhalten: 1. Zellen einer ∆mtrAB-Mutante zeigten eine abnormale Morphologie und eine veranderte Antibiotika-Sensitivitat. Sie waren sensitiver gegenuber Penicillin, Vancomycin und Lysozym, aber resistenter gegenuber Ethambutol. Ein ahnlicher Phanotyp konnte auch fur ∆mtrA- und ∆mtrB-Mutanten beobachtet werden, mit Ausnahme der Ethambutol-Sensitivitat der ∆mtrB-Mutante, die ahnlich der des Wildtyps war. 2. Durch Transkriptomanalysen mit DNA-Microarrays wurden Genen mit veranderter Expression in der ∆mtrAB und der ∆mtrA-Mutante identifiziert. Unter anderem zeigten mepA und nlpC, die fur Zellwandpeptidasen kodieren, eine erhohte mRNA-Konzentration, betP und proP, die Importer fur Betain und Prolin kodieren, dagegen eine erniedrigte mRNA-Konzentration. 3. Die Deletion von mepA bzw. ppmA in der ∆mtrAB-Mutante resultierte in Stammen, die sich bzgl. Morphologie, Wachstum und Antibiotika-Sensitivitat wie die ∆mtrAB-Mutante verhielten. Die erhohte Expression von mepA bzw. von ppmA alleine ist also nicht fur den Phanotyp der ∆mtrAB-Mutante verantwortlich. 4. Um die direkten Zielgene des Antwortregulators MtrA zu identifizieren, wurden ChIP-to-chip-Experimente, DNA-Affinitatschromatographie und Gelretardationsstudien durchgefuhrt. Mit letztgenannter Methode konnten die MtrA-Bindestellen in den Promotorregionen von nlpC, mepA, proP und betP identifiziert werden. Bei den reprimierten Gene mepA und nlpC uberlappten sie mit der “-10“-Region, wahrend sie bei den aktivierten Genen betP und proP mehr als 40 bp stromaufwarts der Transkriptionsstartpunkte lagen. Die in vitro-Affinitat von unphosphoryliertem MtrA zu mepA und nlpC war etwa zweifach hoher als zu betP und proP. 5. Von den identifizierten Bindestellen aus mepA, nlpC, betP und proP wurde ein Konsensusmotiv abgeleitet und zur Suche nach Bindungsstellen im C. glutamicum-Genom eingesetzt. So konnten 12 weitere Promotorregionen identifiziert werden, an die MtrA bindet, darunter die Promotorregionen von ppmA (putative membrangebundene Protease-Modulator), csbD (putatives stressinduziertes Protein), katA (Katalase), rpf2 (Wachstumsfaktor) und dnaA (Replikationsinitiations-Protein). 6. Die Mehrzahl der durch MtrA aktivierten Gene sind an der Antwort auf verschiedene Arten von Stress beteiligt, z.B. betP und proP an hyperosmotischem Stress oder katA an oxidativem Stress. Die durch MtrA reprimierten Gene kodieren u. a. drei putative Zellwandpeptidasen (mepA, nlpC, mepB) sowie einen Wachstumsfaktor (rpf2). Daruber hinaus gibt es eine Reihe von Genen (u. a. dnaA), an deren Promotorregion MtrA bindet, die aber in Microarray-Experimenten keine veranderte Expression zeigten. Dies deutet daraufhin, dass das MtrAB-System eine ubergeordnete Funktion bei der Koordination von Stressantwort, Zellteilung und Wachstum haben konnte.