text size

Pleiotropní efekt proteinů s WD-40 doménami na buněčnou diferenciaci a produkci sekundárních metabolitů u Streptomyces coelicolor

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Title:
Pleiotropní efekt proteinů s WD-40 doménami na buněčnou diferenciaci a produkci sekundárních metabolitů u Streptomyces coelicolor
Titile (in english):
The pleiotropic effect of WD-40 domain containing proteins on cellular differentiation and production of secondary metabolites in Streptomyces coelicolor
Type:
Dissertation
Author:
RNDr. Aleš Ulrych, Ph.D.
Supervisor:
RNDr. Pavel Branny, CSc.
Opponents:
Ing. Miroslav Pátek, CSc.
doc. RNDr. Alena Španová, CSc.
Thesis Id:
110260
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Genetics and Microbiology (31-140)
Study programm:
Microbiology (P1510)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
21/09/2011
Defence result:
Pass
Language:
Czech
Keywords (in czech):
Streptomyces coelicolor, WD-40 domény
Keywords:
Streptomyces coelicolor, WD-40 domain
Abstract (in czech):
ABSTRAKT Pleiotropní efekt proteinů s WD-40 doménami na buněčnou diferenciaci a produkci sekundárních metabolitů u Streptomyces coelicolor WD-40 domény, také známé jako beta-transducinové repetice, jsou vysoce konzervované aminokyselinové repetice, které se nacházejí v mnoha odlišných eukaryotních proteinech, kde plní širokou škálu funkcí. Koncem 90. let minulého století byly identifikovány první proteiny s WD-40 doménami u prokaryot, ale o jejich funkci není známo téměř nic. Streptomyces coelicolor je grampozitivní bakterie s komplikovanou buněčnou morfologií a fyziologickou diferenciací během životního cyklu. Genom Streptomyces coelicolor kóduje 6 pravděpodobných genů kódujících proteiny s WD-repetitivními motivy. Pro bližší porozumění funkce dvou z těchto WD-40 genů (wdpB a wdpC) byly připraveny jejich disrupční mutanty, u kterých byl stanoven fenotypový projev a provedena transkripční analýza. Oba mutantní kmeny vykazovaly aberantní fenotyp závislý na použitém kultivačním médiu s nejvýraznějším fenotypovým projevem mutantů na modifikovaném R3 agaru. Fenotypové studie odhalily, že delece genu wdpB způsobuje značnou redukci tvorby vzdušného mycélia a sníženou produkci undecylprodigiosinu. Kromě toho Δ dochází u mutanta wdpB k neobvyklému větvení vzdušného mycélia a k defektní sporulaci projevující se předčasnou lyzí vláken a nepravidelnou či opožděnou tvorbou přepážek mezi spórami. Mutant ΔwdpC vykazuje předčasnou lyzi vláken a opožděnou sporulaci s rovnými hyfami bez typického spirálovitého stáčení v časné fázi sporulace. Disrupce genu wdpC způsobuje snížení produkce undecylprodigiosinu a opoždění produkce aktinorodinu. Analýzou globálního transkriptomu bylo zjištěno, že delece genu wdpB ovlivňuje expresi genů zodpovědných za formování vzdušného mycélia (shluk ram, chapliny, rodliny, gen nepA), sporulaci (whiH, whiI, rsfA) a za syntézu sekundárních metabolitů (kalcium-dependentní antibiotikum, coelichelin, karotenoidy, geosmin a methylisoborneol). Z výsledků transkripční analýzy vyplývá, že WdpB reprimuje přímo či nepřímo vlastní transkripci a také expresi sousedního genu SCO5954. Delece genu wdpC způsobuje represi transkripce sporulačního genu whiE-ORFIII a několika biosyntetických genových shluků sekundárního metabolizmu (aktinorodinu, kalcium-dependentního antibiotika a genového shluku cpk). Podobně jako u WdpB, také WdpC reprimuje přímo či nepřímo vlastní transkripci a transkripci sousedního genu SCO2245 a několika dalších genů (SCO2217, SCO4214, operon SCO4173-5). Zatímco nadprodukce genu wdpB v divokém typu neměla vliv na fenotyp, nadprodukce genu wdpC způsobila zvýšenou biosyntézu aktinorodinu. Tento kmen s vyšší genovou dávkou genu wdpC vykazoval opačný trend relativní genové exprese vybraných genů u mutanta ΔwdpC. Transkripce obou testovaných genů se zdá být konstitutivně exprimována během životního cyklu. Hladina proteinu WdpC je závislá na stádiu buněčného cyklu S. coelicolor s maximem na počátku sporulace. Přítomnost proteinu WdpB se nepodařilo detekovat. Podle získaných výsledků lze předpokládat, že geny wdpB a wdpC mají pleiotropní účinek na produkci sekundárních metabolitů a hrají důležitou úlohu v buněčné diferenciaci.
Abstract:
ABSTRACT The pleiotropic effect of WD-40 domain containing proteins on cellular differentiation and production of secondary metabolites in Streptomyces coelicolor WD-40 domains, also known as beta-transducin repeats, are highly conserved repeating amino acid units, which are found in a wide variety of eukaryotic proteins that have a range of different functions. In the late 1990s, the first WD-40 containing proteins were identified in prokaryotes, however the knowledge about their function is scarce. Streptomyces coelicolor is a gram-positive bacterium with complicated morphological and physiological differentiation in the course of its life cycle. The genome of Streptomyces coelicolor encodes 6 potential genes encoding proteins with WD-repeat motifs. To determine the function of two of these WD-40 genes (wdpB and wdpC), the deletion replacement mutants in both genes were prepared. Both mutants exhibited medium-dependent phenotypes, which are markedly evident on modified R3 plates. Phenotypic studies revealed that deletion of wdpB gene resulted in substantial reduction of aerial hyphae formation and reduced production of undecylprodigiosin. In addition, the hyphae of ΔwdpB mutant were unusually branched and showed the signs of precocious lysis. Delayed spore-containing hyphae were irregularly septated. ΔwdpC deleted mutant demonstrated precocious lysis of hyphae and delayed sporulation with straight hyphae without typical curling of the aerial hyphae in early stages of sporulation. Its disruption resulted in the reduction of an antibiotic undecylprodigiosin and delayed actinorhodin production. Whole-genome transcription analysis revealed that deletion of wdpB affected the expression of genes responsible for aerial hyphae differentiation (ram cluster, chaplins, rodlins, nepA gene), sporulation (whiH, whiI and rsfA) and biosynthetic gene clusters for secondary metabolites (calcium-dependent antibiotic , coelichelin, carotenoids, geosmin and methylisoborneol). Transcriptional analysis suggested that WdpB is involved in repression its own expression and neighbouring SCO5954 gene either directly or indirectly. The deletion of wdpC resulted in downregulation of sporulation gene whiE-ORFIII and several biosynthetic gene clusters coding for secondary metabolites (actinorhodin, calcium-dependent antibiotic and cpk gene cluster). Similary to WdpB, WdpC is also involved, ether directly or indirectly, in repression its own expression and neighbouring SCO2245 gene and several other genes (SCO2217, SCO4214 and operon SCO4173-5). Overexpression of wdpB gene in wild type strain did not affect the phenotype, whereas overexpression of wdpC resulted in the increase of actinorhodin production. In addition, mutant strain with higher gene dosage of wdpC showed opossite trend of relative gene expression of selected genes than that of ΔwdpC-disrupted mutant. Both tested genes seemed to be constitutively expressed. Whereas expression of WdpC was temporally controlled, reaching a maximum level concurrently with the formation of spores, the presence of WdpB protein was not established. The results obtained suggest that both genes studied have pleiotropic effect on the production of secondary metabolites and play an important role in celullar differentiation.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis RNDr. Aleš Ulrych, Ph.D. 3.05 MB
Download Abstract in czech RNDr. Aleš Ulrych, Ph.D. 68 kB
Download Abstract in english RNDr. Aleš Ulrych, Ph.D. 37 kB
Download Opponent's review Ing. Miroslav Pátek, CSc. 156 kB
Download Opponent's review doc. RNDr. Alena Španová, CSc. 93 kB
Download Defence's report 676 kB