RNA-based control of the expression of the type III secretion system of Yersinia pseudotuberculosis

Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI)
Hoßmann, Jörn

Expression of Ysc-Yop type III secretion system requires a tight regulation, which is conferred by two RNA-binding proteins YopD and CsrA. The underlying study demonstrated that expression of the transcriptional master regulator lcrF of the Ysc-Yop T3SS is controlled in intertwined feedback loops by these RNA-binding proteins. CsrA is a global acting post-transcriptional regulator that coordinates metabolic and virulence gene expression. This study demonstrated that expression of csrA is precisely controlled in an autoregulatory feedback loop, indirectly on the transcriptional and directly on the post-transcriptional level. CsrA was found to directly bind to two sites in the 5'-UTR of its transcript, from which one site is located within the ribosomal binding site. By this mechanism, CsrA was shown to block translational initiation and restrict CsrA synthesis when a certain CsrA amount is reached. Under non-secretion conditions, the RNA-binding protein YopD was shown to bind to the csrA transcript thereby masking a CsrA binding site and preventing the direct autoinhibition of csrA. Analysis of the role of CsrA and YopD in the lcrF regulation demonstrated a direct interaction of both RNA-binding proteins with the yscW-lcrF transcript. The 5'-UTR of lcrF contains an RNA-thermometer structure, which prevents ribosomal access through a base-pairing mechanism. Furthermore, this study demonstrated, CsrA interacts with the ribosomal binding site of lcrF and modulates the opening state of the RNA thermometer. Both regulators modulate the stability of the lcrF transcript. CsrA stabilizes and YopD destabilizes the lcrF mRNA. This is caused by the YopD- and CsrA-dependent control of the RNA degradosome. Furthermore, new putative CsrA targets could be identified by an interactome analysis with FLAG-tagged CsrA protein. At body host temperature, CsrA specifically interacts with tRNAs and transcripts of tRNA processing proteins. In summary, this study revealed the complex interplay of YopD and CsrA in controlling the expression of the T3SS master regulator lcrF. Both regulators are in involved in the post-transcriptional control of lcrF expression under non-secretion conditions and confer an antagonistic regulation.

Die Expression des Ysc-Yop Typ III Sekretionssystem setzt eine präzise Regulation voraus. Diese erfolgt durch die zwei RNA-bindenden Proteine YopD und CsrA. Die vorliegende Studie zeigte, dass die Expression des transkriptionellen Hauptregulators des Ysc-Yop T3SS lcrF in einer ineinander verschlungenen Rückkopplung durch diese RNA-bindenden Proteine kontrolliert wird. CsrA ist ein globaler posttranskriptioneller Regulator, der sowohl die Expression von metabolischen als auch Virulenzgenen koordiniert. Diese Studie zeigte, dass die Expression von csrA präzise in einer autoregulatorischen Rückkopplung kontrolliert wird - indirekt auf transkriptioneller und direkt auf posttranskriptioneller Ebene. Es konnte gezeigt werden, dass CsrA das eigene Transkript an zwei Stellen bindet, von der eine mit der ribosomalen Bindestelle überlappt. Durch diesen Mechanismus, blockt CsrA die Translation seines Transkripts und begrenzt die Synthese von weiteren CsrA Molekülen. Unter Nicht-Sekretionsbedingungen bindet das RNA-bindende Protein YopD das csrA-Transkript und maskiert somit eine der beiden CsrA Bindestelle. Dadurch wird die direkte Autoinhibition von csrA behindert. Die Analyse der Rolle von YopD und CsrA in der lcrF Regulation zeigte die direkte Interaktion beider RNA-Bindeproteine mit dem yscW-lcrF Transkript. Die 5'-UTR von lcrF enthält ein RNA-Thermometer, welches den ribosomalen Zugang durch einen Basenpaarungsmechanismus einschränkt. Desweiteren konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass CsrA mit der ribosomalen Bindestelle von lcrF interagiert und den Öffnungsgrad des RNA-Thermometers moduliert. Die lcrF-RNA-Stabilität wird durch beide Regulatoren moduliert. CsrA stabilisiert und YopD destabilisiert das lcrF-Transkript. Dies wird durch die CsrA- und YopD-bedingte Kontrolle des RNA Degradosoms verursacht. Außerdem konnten neue mögliche CsrA-Ziel-Transkripte durch eine Interaktionsanalyse mit FLAG-markiertem CsrA-Protein aufgedeckt werden. Bei 37 °C interagiert CsrA spezifisch mit tRNAs sowie den Transkripten von tRNA-modifizierenden Proteinen. Zusammengefasst beleuchtete diese Studie das komplexe Zusammenspiel von YopD und CsrA in der Kontrolle des T3SS-Hauptregulators lcrF. Beide Regulatoren sind an der posttranskriptionellen Kontrolle der lcrF-Expression beteiligt, haben aber einen entgegengesetzten Effekt.


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