Growth phase and cell division dependet regulation of stress response pathways in Escherichia coli

Escherichia coli reagiert auf schädliche Umweltreize, wie z.B. Hitzeschock, mit der verstärkten Expression von Stressproteinen, die den Auswirkungen schädlicher Umweltbedingungen auf die Faltung und Funktion der zellulären Proteine entgegenwirken. Transkriptionelle Induktion der Stressgene wird z. B. über alternative Sigma-Untereinheiten der RNA Polymerase erreicht. Basierend auf der Tatsache dass viele Stressproteine auch unter normalen Wachstumsbedingungen essentiell sind wurde in dieser Arbeit die Regulation von Stressgenen während eines Wachstumszyklus von E. coli in geschlossenen Kultur untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die sigma32 abhängige cytoplasmatische Stressantwort während des Wachstums oszilliert mit einer Aktivierung während der ersten Zellteilung nach dem Verlassen der stationären Phase und einer zweiten Aktivierung während der späten exponentiellen Phase. Depletion des Zellteilungsproteins FtsZ unterdrückte die Aktivierung von Sigma32 wärend der ersten Zellteilung. Während dem Übergang zur stationären Phase wurde die Sigma32 abhängige Transkription stark reduziert, aber Sigma32 Mengen blieben hoch, was auf eine funktionelle Inaktivierung von Sigma32 deutet. Im Gegensatz zur Sigma32 abhängigen Stressantwort zeigten andere Stressregulons, wie z.B. das SigmaE Regulon deutlich andere Expressionsmuster. SigmaE regulierte Gene wurden jedoch auch während der ersten Zellteilung induziert. Aktivierung von Stressproteinen während der Zellteilung könnte sicherstellen, dass genügend Chaperone und Faltungsfaktoren für die Assemblierung des Zellteilungsapparates und der anschließender Teilung der Zelle vorhanden sind. Ein Abbauintermediate von Sigma32 konnte während dem Übergang in die stationäre Phase detektiert werden, das möglicherweise auf Änderungen im Abbauweg und in der Regulation von Sigma32 während dem Übergang zur stationären Phase hinweist. Diese Daten könnten neue Hinweise zur komplexen Regulation von Sigma32 liefern.Escherichia coli has developed different stress response pathways to survive harsh environmental changes such as heat shock. Transcription of stress genes encoding for chaperones and folding factors, which help to sustain protein conformations, is activated by e.g. alternative sigma subunits of RNA polymerase. Based on the fact that stress genes are also essential for growth under normal conditions regulation of different stress response pathways during a whole growth cycle of E. coli in batch culture was analysed. It was observed that the sigma32 dependent cytoplasmic stress response oscillates during the growth cycle with an activation during the first round of cell division after exit from stationary phase and a second activation in late exponential phase. Depletion of the essential cell division protein FtsZ, suppressed sigma32 activation during the first round of cell division, indicating that cell division was the trigger for sigma32 activation. During transition to early stationary phase, despite high sigma32 protein levels, transcription of sigma32 target genes was down regulated, suggesting functional inactivation of sigma32. Other stress response pathways, like the sigmaE system, showed different expression patterns during growth. SigmaE regulated genes were also induced in response to cell division. Enhanced expression of stress proteins during onset of cell division could provide the necessary chaperones and folding factors for assembly of the division apparatus and subsequent separation of the daughter cells. A degradation intermediate of sigma32 was found during transition to stationary phase concomitantly with down-regulation of sigma32 dependent transcription. This could hint to alterations in the degradation pathway or in the regulation of sigma32 during transition to stationary phase and provide new data for further understanding of the complex regulation of sigma32.von Maria Anna WagnerAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersGraz, Univ., Diss., 2009OeBB(VLID)20638