PadR-like transcription factors of Listeria monocytogenes EGD-e

Hauf, Samuel

doi:10.24355/dbbs.084-202001071035-0

Published

PadR-like transcription factors of Listeria monocytogenes EGD-e

English
German

Transcriptional regulators belonging to the PadR family contribute to resistance against antibiotics and small toxic compounds in many bacteria. The genome of the Gram-positive human pathogen Listeria monocytogenes contains 5 genes encoding proteins belonging to the PadR family.
The transcriptome of mutants in four different PadR-like proteins was determined for L. monocytogenes EGD-e using RNA-sequencing. The RNA-sequencing data revealed that all four PadR-like transcription factors strongly repress a small set of genes comprising one or two transcriptional units.
Using promoter-lacZ reporter strains, a natural compound collection was screened for substances inducing transcription of genes controlled by members of the PadR family. This screen identified the depsipeptide antibiotic aurantimycin A as an inducer of LftR-controlled gene expression. It could be shown that the lftR-controlled lieAB genes mediate resistance against aurantimycin. The LieAB transporter was shown to protect L. monocytogenes from aurantimycin induced lysis. This is the first description of an aurantimycin resistance mechanism. The system discovered may play a vital role for the survival, spread and persistence of L. monocytogenes in the soil, where it may come into contact with the aurantimycin-producing bacterium Streptomyces aurantiacus. Additionally, the operator of the transcriptional regulator LftR was characterized in systematic truncation and mutation studies.
Genes controlled by another PadR-type transcription factor, LstR, were shown to be induced by the 16-membered macrolide antibiotic josamycin, but they were not involved in resistance against this antibiotic. One of the genes controlled by LstR, lmo0421, encodes a homolog to RodA or FtsW, which are involved in cell wall biosynthesis. However, under the conditions investigated, Lmo0421 did not possess RodA or FtsW functionality.
The padR-like gene lmo0599 (renamed lltR) was important for growth of L. monocytogenes at low temperatures. The inactivation of lmo0599 impaired the growth of L. monocytogenes at 6°C.
It was also shown that this phenotype depended on the overexpression of the gene lmo0600 in the absence of lltR.

In vielen Bakterien regulieren PadR-typ Transkriptionsfaktoren Resistenz-mechanismen gegen toxische Substanzen oder Antibiotika. Im Genom des Gram-positiven Listeriose Erregers Listeria monocytogenes sind insgesamt fünf Gene enthalten, welche Proteine aus der PadR Proteinfamilie codieren.
Mittels RNA-Sequenzierung wurden die Transkriptome von Mutanten in vier PadR-ähnlichen Proteinen bestimmt. Die Daten zeigten, dass die PadR-Typ-Transkriptionsfaktoren eine kleine Zahl an Genen sehr stark reprimieren.
Mithilfe von Promoter-lacZ Fusionen der am stärksten reprimierten Gene wurde eine Naturstoffsammlung des DZIF auf Substanzen, welche die Genexpression induzieren, untersucht. Diese Experimente zeigten, dass LftR-kontrollierte Gene vom Depsipeptidantibiotikum Aurantimycin A induziert werden. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die LftR-kontrollierten Gene lieAB Resistenz gegen Aurantimycin vermitteln, da der LieAB Transporter L. monocytogenes vor Lyse durch Aurantimycin schützt. Dies ist die erste Beschreibung eines Resistenzmechanismus gegen Aurantimycin. Der entdeckte Mechanismus könnte eine wichtige Rolle für das Überleben und die Verbreitung von L. monocytogenes im Boden spielen, wenn es dort mit dem Aurantimycin-produzierenden Bakterium S. aurantiacus zusammentrifft. Zusätzlich wurde der Operator des Repressors LftR durch systematische Trunkierungs- und Mutationsstudien bestimmt.
Gene, welche von einem weiteren Transkriptionsfaktor, LstR, reguliert werden, wurden durch das Makrolidantibiotikum Josamycin induziert. Sie hatten jedoch keinen Einfluss auf die Resistenz gegenüber Josamycin. Ein von LstR kontrolliertes Gen, lmo0421, kodiert für ein Protein mit Homologie zu RodA oder FtsW, welche an der Zellwandbiosynthese beteiligt sind. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass unter den getesteten Bedingungen Lmo0421 die Funktion von RodA oder FtsW nicht übernehmen konnte.
Das Gen lmo0599 (umbenannt in lltR) war wichtig für das Wachstum von L. monocytogenes bei niedrigen Temperaturen. Nach Inaktivierung von lmo0599 war Wachstum bei 6°C nur eingeschränkt möglich. Es wurde auch gezeigt, dass dieser Phänotyp von der Überexpression des Genes lmo0600 verursacht wurde.