bacterial-gene-expression-analysis-using-microarrays

Bacterial Gene Expression Analysis Using Microarrays

Cyclic di-guanylic acid (c-diGMP) is a second messenger that modulates the cell surface properties of several microorganisms. Concentrations of c-diGMP in the cell are controlled by the opposing activities of diguanylate cyclases and phosphodiesterases, which are carried out by proteins harbouring GGDEF and EAL domains respectively. In this study, we report that the cellular levels of c-diGMP are higher in the Vibrio cholerae rugose variant compared with the smooth variant. Modulation of cellular c-diGMP levels by overexpressing proteins with GGDEF or EAL domains increased or decreased colony rugosity respectively. Several genes encoding proteins with either GGDEF or EAL domains are differentially expressed between the two V. cholerae variants. The generation and characterization of null mutants of these genes (cdgA-E, rocS and mbaA) revealed that rugose colony formation, exopolysaccharide production, motility and biofilm formation are controlled by their action. Furthermore, epistasis analysis suggested that cdgC, rocS and mbaA act in convergent pathways to regulate the phenotypic properties of the rugose and smooth variants, and are part of the VpsR, VpsT and HapR signal transduction pathway.

Cyclic-diGMP signal transduction systems in Vibrio cholerae: modulation of rugosity and biofilm formation.

Zyklische di-Guanylic S&auml;ure (c-DiGMP) ist ein second Messenger, die die Zelle Oberfl&auml;cheneigenschaften von mehreren Mikroorganismen moduliert. Konzentrationen von c-DiGMP in der Zelle werden gesteuert durch die gegnerischen Aktivit&auml;ten der Diguanylate bearbeitet und Phosphodiesterases, die durch Proteine, die Beherbergung von GGDEF und EAL Domains bzw. durchgef&uuml;hrt werden. In dieser Studie berichten wir, dass die zellul&auml;ren Ebenen der c-DiGMP in der Vibrio Cholerae gerunzelte Variante im Vergleich mit der glatten Variante h&ouml;her sind. Modulation der zellul&auml;ren c-DiGMP-Level durch Proteine mit GGDEF oder EAL Dom&auml;nen &uuml;berexprimierenden Kolonie Rugosity bzw. verringert oder erh&ouml;ht. Mehrere Gene, die Proteine mit GGDEF oder EAL Dom&auml;nen-Codierung werden zwischen den beiden V. Cholerae Varianten differenziell ausgedr&uuml;ckt. Die Generierung und Charakterisierung von null Mutanten dieser Gene (CdgA-E, ROC und MbaA) ergab, dass gerunzelte Kolonie Bildung, Exopolysaccharide Produktion, Motilit&auml;t und Biofilm-Bildung durch ihr Handeln gesteuert werden. Dar&uuml;ber hinaus schlug Epistase Analyse CdgC, ROC MbaA handeln in konvergenten Wege, die ph&auml;notypischen Eigenschaften der griffige und glatt-Varianten zu regulieren und sind Teil des VpsR, VpsT und HapR Signaltransduktion Signalweges.

Cyclic-DiGMP Signal-Transduktion-Systeme in Vibrio Cholerae: Modulation der Rugosity und Biofilm Formation.

Vibrio cholerae, the causative agent of cholera, is a facultative human pathogen with intestinal and aquatic life cycles. The capacity of V. cholerae to recognize and respond to fluctuating parameters in its environment is critical to its survival. In many microorganisms, the second messenger, 3',5'-cyclic diguanylic acid (c-di-GMP), is believed to be important for integrating environmental stimuli that affect cell physiology. Sequence analysis of the V. cholerae genome has revealed an abundance of genes encoding proteins with either GGDEF domains, EAL domains, or both, which are predicted to modulate cellular c-di-GMP concentrations. To elucidate the cellular processes controlled by c-di-GMP, whole-genome transcriptome responses of the El Tor and classical V. cholerae biotypes to increased c-di-GMP concentrations were determined. The results suggest that V. cholerae responds to an elevated level of c-di-GMP by increasing the transcription of the vps, eps, and msh genes and decreasing that of flagellar genes. The functions of other c-di-GMP-regulated genes in V. cholerae are yet to be identified.

Transcriptome and phenotypic responses of Vibrio cholerae to increased cyclic di-GMP level.

Vibrio Cholerae, Erreger der Cholera, ist eine fakultative menschlicher Erreger mit Darm- und aquatischen Lebenszyklen. Die Kapazit&auml;t von V. Cholerae zu erkennen und reagieren auf schwankenden Parametern in seiner Umgebung ist entscheidend f&uuml;r das &Uuml;berleben. In vielen Mikroorganismen ist der zweite Bote, 3&#39;, 5&#39;-cyclic Diguanylic S&auml;ure (c-di-GMP), vermutlich wichtig f&uuml;r die Integration von &ouml;kologischen Reize, die Zelle Physiologie beeinflussen. Sequenzanalyse des V. Cholerae Genoms ergab eine F&uuml;lle von Genen, die Kodierung von Proteinen mit GGDEF Dom&auml;nen, EAL-Dom&auml;nen oder beides, sind die voraussichtlich um zellul&auml;re c-di-GMP Konzentrationen zu modulieren. Um das Handy zu erhellen verarbeitet durch c-di-GMP, ganze-Genom Transkriptom Antworten der El Tor kontrollierte und klassische V. Cholerae, die Biotope zu erh&ouml;hten c-di-GMP Konzentrationen ermittelt wurden. Die Ergebnisse legen nahe, dass diese V. Cholerae auf priorisierten c-di-GMP reagiert, durch die Erh&ouml;hung der Transkription der Gene Vps, Eps und msh und Verringerung der Flimmerband Gene. Die Funktionen anderer c-di GMP-regulierte Gene in V. Cholerae sind noch identifiziert werden.

Transkriptom und ph&auml;notypische Reaktionen von Vibrio Cholerae auf erh&ouml;hte zyklische di-GMP-Ebene.

Differences in whole-genome expression patterns between the classical and El Tor biotypes of Vibrio cholerae O1 were determined under conditions that induce virulence gene expression in the classical biotype. A total of 524 genes (13.5% of the genome) were found to be differentially expressed in the two biotypes. The expression of genes encoding proteins required for biofilm formation, chemotaxis, and transport of amino acids, peptides, and iron was higher in the El Tor biotype. These gene expression differences may contribute to the enhanced survival capacity of the El Tor biotype in environmental reservoirs. The expression of genes encoding virulence factors was higher in the classical than in the El Tor biotype. In addition, the vieSAB genes, which were originally identified as regulators of ctxA transcription, were expressed at a fivefold higher level in the classical biotype. We determined the VieA regulon in both biotypes by transcriptome comparison of wild-type and vieA deletion mutant strains. VieA predominantly regulates gene expression in the classical biotype; 401 genes (10.3% of the genome), including those encoding proteins required for virulence, exopolysaccharide biosynthesis, and flagellum production as well as those regulated by sigmaE, are differentially expressed in the classical vieA deletion mutant. In contrast, only five genes were regulated by VieA in the El Tor biotype. A large fraction (20.8%) of the genes that are differentially expressed in the classical versus the El Tor biotype are controlled by VieA in the classical biotype. Thus, VieA is a major regulator of genes in the classical biotype under virulence gene-inducing conditions.

Differences in gene expression between the classical and El Tor biotypes of Vibrio cholerae O1.

Unterschiede im gesamten Genom Ausdrucksmuster zwischen klassischen und El Tor Biotypen von Vibrio Cholerae O1 waren entschlossen, unter Bedingungen, die Virulenz Genexpression in der klassischen Biotypen zu veranlassen. Insgesamt 524 Gene (13,5 % des Genoms) fanden sich die beiden Biotope differenziell ausgedr&uuml;ckt werden. Die Expression von Genen, die Kodierung von Proteinen erforderlich f&uuml;r Biofilm Formation, Chemotaxis und Transport von Aminos&auml;uren, Peptide und Eisen lag in der El Tor Biotypen. Diese Gen-Ausdruck-Unterschiede k&ouml;nnen der erweiterte &uuml;berleben Kapazit&auml;t der El Tor Biotypen in &ouml;kologischen Stauseen beitragen. Die Expression von Genen Codierung Virulenzfaktoren lag in der klassisch als in der El Tor Biotypen. Dar&uuml;ber hinaus wurden die VieSAB-Gene, die urspr&uuml;nglich als Regulatoren der CtxA Transkription identifiziert wurden, auf einer f&uuml;nffach h&ouml;heren Ebene in der klassischen Biotypen ge&auml;u&szlig;ert. Wir entschlossen die VieA Regulon Biotypen von Transkriptom-Vergleich der Wildtyp und VieA L&ouml;schung mutierte St&auml;mme. VieA regelt &uuml;berwiegend Genexpression in der klassischen Biotypen; 401 Gene (10,3 % des Genoms), einschlie&szlig;lich diese kodieren Proteine, die zur Virulenz, Exopolysaccharide-Biosynthese und Flagellen Produktion sowie diejenigen von SigmaE, geregelt in der klassischen VieA L&ouml;schung Mutant differentiell exprimiert werden. Im Gegensatz dazu waren nur f&uuml;nf Gene VieA in der El Tor Biotypen geregelt. Ein gro&szlig;er Teil (20,8 %) der Gene, die im klassischen gegen&uuml;ber der El Tor Biotypen differentiell exprimiert werden von VieA in der klassischen Biotypen kontrolliert werden. VieA ist daher ein wichtiger Regulator der Gene in den klassischen Biotypen unter Virulenz gen ausl&ouml;sende Bedingungen.

Unterschiede in der Genexpression zwischen klassischen und El Tor Biotypen von Vibrio Cholerae O1.

Vibrio cholerae undergoes phenotypic variation that generates two morphologically different variants, termed smooth and rugose. The transcriptional profiles of the two variants differ greatly, and many of the differentially regulated genes are controlled by a complex regulatory circuitry that includes the transcriptional regulators VpsR, VpsT, and HapR. In this study, we identified the VpsT regulon and compared the VpsT and VpsR regulons to elucidate the contribution of each positive regulator to the rugose variant transcriptional profile and associated phenotypes. We have found that although the VpsT and VpsR regulons are very similar, the magnitude of the gene regulation accomplished by each regulator is different. We also determined that cdgA, which encodes a GGDEF domain protein, is partially responsible for the altered vps gene expression between the vpsT and vpsR mutants. Analysis of epistatic relationships among hapR, vpsT, and vpsR with respect to a whole-genome expression profile, colony morphology, and biofilm formation revealed that vpsR is epistatic to hapR and vpsT. Expression of virulence genes was increased in a vpsR hapR double mutant relative to a hapR mutant, suggesting that VpsR negatively regulates virulence gene expression in the hapR mutant. These results show that a complex regulatory interplay among VpsT, VpsR, HapR, and GGDEF/EAL family proteins controls transcription of the genes required for Vibrio polysaccharide and virulence factor production in V. cholerae.

Regulation of rugosity and biofilm formation in Vibrio cholerae: comparison of VpsT and VpsR regulons and epistasis analysis of vpsT, vpsR, and hapR.

Vibrio Cholerae erf&auml;hrt ph&auml;notypische Variation, die zwei morphologisch verschiedene Varianten, genannt glatt und griffige generiert. Die transkriptionelle Profile der beiden Varianten unterscheiden sich sehr stark, und viele der differentiell regulierten Gene werden gesteuert durch eine komplexe regulatorische Schaltung, die die transkriptionelle Regulatoren, VpsR, VpsT und HapR enth&auml;lt. In dieser Studie identifiziert der VpsT Regulon und gegen&uuml;ber der VpsT und VpsR Regulons um den Beitrag der jede positive Spannungsregler Weiterbl&auml;ttern gerunzelte variant transkriptionelle zu erhellen und verbundenen Ph&auml;notypen. Wir haben festgestellt, dass obwohl die Regulons VpsT und VpsR sehr &auml;hnlich sind, das Ausma&szlig; der Genregulation durch jeden Regler erreicht anders ist. Wir bestimmt auch, dass dieser CdgA, die eine GGDEF-Dom&auml;ne-Protein codiert, ist teilweise verantwortlich f&uuml;r die ge&auml;nderte Vps-Genexpression zwischen der VpsT und VpsR-Mutanten. Analyse der epistatic Beziehungen zwischen HapR, VpsT und VpsR in Bezug auf ein ganzes Genom Ausdruck Profil, Kolonie Morphologie und Biofilm-Bildung ergab, dass dieser VpsR epistatic HapR und VpsT ist. Ausdruck der Virulenzgene stieg in eine VpsR HapR Doppel-Mutante relativ HapR Mutanten, darauf hindeutet, dass die VpsR negativ Virulenz Genexpression in der Mutant HapR regelt. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein komplexes Zusammenspiel der regulatorischen unter VpsT, VpsR, HapR und GGDEF/EAL Familie Proteine Transkription der Gene, die f&uuml;r eine Vibrio Polysaccharid und Virulenz Faktor Produktion in V. Cholerae steuert.

Verordnung Rugosity und Biofilm Formation Vibrio Cholerae: Vergleich der VpsT und VpsR Regulons und Epistase Analyse der VpsT, VpsR und HapR.

In Vibrio cholerae, the second messenger 3',5'-cyclic diguanylic acid (c-di-GMP) regulates several cellular processes, such as formation of corrugated colony morphology, biofilm formation, motility, and virulence factor production. Both synthesis and degradation of c-di-GMP in the cell are modulated by proteins containing GGDEF and/or EAL domains, which function as a diguanylate cyclase and a phosphodiesterase, respectively. The expression of two genes, cdgC and mbaA, which encode proteins harboring both GGDEF and EAL domains is higher in the rugose phase variant of V. cholerae than in the smooth variant. In this study, we carried out gene expression analysis to determine the genes regulated by CdgC in the rugose and smooth phase variants of V. cholerae. We determined that CdgC regulates expression of genes required for V. cholerae polysaccharide synthesis and of the transcriptional regulator genes vpsR, vpsT, and hapR. CdgC also regulates expression of genes involved in extracellular protein secretion, flagellar biosynthesis, and virulence factor production. We then compared the genes regulated by CdgC and by MbaA, during both exponential and stationary phases of growth, to elucidate processes regulated by them. Identification of the regulons of CdgC and MbaA revealed that the regulons overlap, but the timing of regulation exerted by CdgC and MbaA is different, suggesting the interplay and complexity of the c-di-GMP signal transduction pathways operating in V. cholerae.

Regulation of Vibrio polysaccharide synthesis and virulence factor production by CdgC, a GGDEF-EAL domain protein, in Vibrio cholerae.

Vibrio Cholerae der zweiten messenger-3&#39;, 5&#39;-cyclic Diguanylic S&auml;ure (c-di-GMP) regelt verschiedene zellul&auml;re Prozesse, wie z. B. Bildung von Wellpappe Kolonie Morphologie, Biofilm-Bildung, Motilit&auml;t und Virulenz Faktor Produktion. Synthese und Abbau des c-di-GMP in der Zelle werden durch Proteine mit GGDEF und/oder EAL Dom&auml;nen, welche Funktion als ein Diguanylate Guanylatcyclase und eine Phosphodiesterase, bzw. moduliert. Der Ausdruck von zwei Genen, CdgC und MbaA, kodieren Proteine beherbergen sowohl die GGDEF als auch die EAL-Dom&auml;nen ist h&ouml;her in die gerunzelte Phase-Variante von V. Cholerae als in die glatte Variante. In dieser Studie haben wir durchgef&uuml;hrt Genexpressionsanalyse bestimmen die Gene, die durch CdgC in griffige und reibungslose Phase Varianten von V. Cholerae geregelt. Wir festgestellt, dass CdgC regelt die Expression von Genen, die f&uuml;r V. Cholerae Polysaccharid-Synthese und die transkriptionelle Regulator Gene VpsR, VpsT und HapR erforderlich. CdgC regelt auch die Expression von Genen extrazellul&auml;re Protein Sekretion, Flimmerband Biosynthese und Virulenz Faktor Produktion beteiligt. Wir verglichen dann die Gene reguliert durch CdgC und MbaA, w&auml;hrend sowohl die Exponentialfunktion als auch die station&auml;re Phasen des Wachstums, um Prozesse, die von ihnen geregelt zu erhellen. Identifizierung von Regulons CdgC und MbaA ergab, dass die Regulons &uuml;berlappen, aber das Timing der Verordnung ausge&uuml;bt durch CdgC und MbaA anders ist, was darauf hindeutet, das Zusammenspiel und die Komplexit&auml;t der c-di-GMP Signaltransduktion Bahnen in V. Cholerae t&auml;tig.

Regulierung der Vibrio Polysaccharid Synthese und Virulenz Faktor Produktion von CdgC, ein GGDEF-EAL Gebietsprotein in Vibrio Cholerae.

Microorganisms use phase variation to increase population diversity to maximize evolutionary success. One such variation is the smooth to rugose phenotype change in Vibrio cholerae. We determined that the variation between smooth and rugose phenotypes can be controlled by a single nucleotide change in a gene (vpvC) predicted to encode a diguanylate cyclase. The vpvC allele found in the rugose genetic background is more active at producing c-di-GMP while that in smooth genetic background is less active. In support of this finding, disruption of vpvC in the rugose genetic variant decreases cellular c-di-GMP levels, diminishes rugose-associated phenotypes and yields a smooth variant. Furthermore, the frequency of phase variation decreases dramatically when the vpvC locus is deleted in the smooth genetic background. Evidence is presented that the rugose variant is less susceptible to phage infection than the smooth variant. As phage infection is known to control populations of V. cholerae and thus outbreaks of cholera, phase variation may increase the evolutionary success of the pathogen.

Smooth to rugose phase variation in Vibrio cholerae can be mediated by a single nucleotide change that targets c-di-GMP signalling pathway.

Mikroorganismen verwenden Phase Variation, um Vielfalt der Bev&ouml;lkerung zur Maximierung der evolution&auml;ren Erfolg zu erh&ouml;hen. Eine solche Variante ist die glatte gerunzelte Ph&auml;notyp &Auml;nderung Vibrio Cholerae. Wir festgestellt, dass die Variation zwischen glatt und griffige Ph&auml;notypen durch eine Einzel-Nukleotid-Ver&auml;nderung in einem Gen (VpvC) voraussichtlich eine Diguanylate Guanylatcyclase codiert gesteuert werden kann. Gefunden im gerunzelte genetischen Hintergrund VpvC-Allel ist aktiver zu c-di-GMP produzieren, w&auml;hrend die glatte genetischen Hintergrund weniger aktiv ist. Zur Unterst&uuml;tzung dieser Befund, St&ouml;rung der VpvC in der griffige genetische Variante verringert zellulare c-di-GMP-Ebenen, gerunzelte verbundenen Ph&auml;notypen abnimmt und ergibt eine glatte Variante. Dar&uuml;ber hinaus verringert die H&auml;ufigkeit der Phase Variation drastisch, wenn der VpvC-Locus in glatten genetischen Hintergrund gel&ouml;scht wird. Beweise, dass die gerunzelte Variante weniger anf&auml;llig f&uuml;r Bakterium Infektion als die glatte Variante ist. Wie Bakterium Infektion bekannt ist, dass die Populationen von V. Cholerae und damit die Ausbr&uuml;che von Cholera zu steuern, kann Phase Variation den evolution&auml;ren Erfolg der Krankheitserreger erh&ouml;hen.

Glatte, griffige Phase Variation in Vibrio kann Cholerae durch eine Einzel-Nukleotid-&Auml;nderung vermittelt werden, das Ziel von c-di-GMP-Signalweg.

Vibrio cholerae, the causative agent of the disease cholera, can generate rugose variants that have an increased capacity to form biofilms. Rugosity and biofilm formation are critical for the environmental survival and transmission of the pathogen, and these processes are controlled by cyclic diguanylate (c-di-GMP) signaling systems. c-di-GMP is produced by diguanylate cyclases (DGCs) and degraded by phosphodiesterases (PDEs). Proteins that contain GGDEF domains act as DGCs, whereas proteins that contain EAL or HD-GYP domains act as PDEs. In the V. cholerae genome there are 62 genes that are predicted to encode proteins capable of modulating the cellular c-di-GMP concentration. We previously identified two DGCs, VpvC and CdgA, that can control the switch between smooth and rugose. To identify other c-di-GMP signaling proteins involved in rugosity, we generated in-frame deletion mutants of all genes predicted to encode proteins with GGDEF and EAL domains and then searched for mutants with altered rugosity. In this study, we identified two new genes, cdgG and cdgH, involved in rugosity control. We determined that CdgH acts as a DGC and positively regulates rugosity, whereas CdgG does not have DGC activity and negatively regulates rugosity. In addition, epistasis analysis with CdgG, CdgH, and other DGCs and PDEs controlling rugosity revealed that CdgG and CdgH act in parallel with previously identified c-di-GMP signaling proteins to control rugosity in V. cholerae. We also determined that PilZ domain-containing c-di-GMP binding proteins contribute minimally to rugosity, indicating that there are additional c-di-GMP binding proteins controlling rugosity in V. cholerae.

Identification and characterization of cyclic diguanylate signaling systems controlling rugosity in Vibrio cholerae.

Vibrio Cholerae, Erreger der Krankheit Cholera kann gerunzelte Varianten generieren, die eine erh&ouml;hte F&auml;higkeit zur Form Biofilme haben. Rugosity und Biofilm-Bildung sind wichtig f&uuml;r die Umwelt &uuml;berleben und die &Uuml;bertragung des Erregers, und diese Prozesse, die durch zyklische Diguanylate (c-di-GMP) Signalisierung Systemen gesteuert werden. c-di-GMP ist von Diguanylate Adenylylzyklasen (DGCs) produziert und vom Phosphodiesterases (PDEs) abgebaut. Proteine, die GGDEF Dom&auml;nen als DGCs, enthalten Proteine, die EAL oder HD-GYP-Dom&auml;nen enthalten als PDEs handeln. Im V. Cholerae Genom gibt es 62 Gene, die vorhergesagt werden, um Proteine modulieren die zellul&auml;re c-di-GMP-Konzentration f&auml;hig zu codieren. Wir identifizierten zuvor zwei DGCs, VpvC und CdgA, das der Wechsel zwischen glatt und griffige steuern k&ouml;nnen. Um andere c-di-GMP signalisierende Proteine zu identifizieren beteiligt Rugosity, erzielten wir in-Frame l&ouml;schen Mutanten aller Gene kodieren Proteine mit GGDEF und EAL Domains voraussichtlich und dann suchten Mutanten mit ver&auml;nderten Rugosity. In dieser Studie wurden zwei neue Gene, CdgG und CdgH, Rugosity-Kontrolle beteiligt. Wir festgestellt, dass CdgH als ein DGC fungiert und positiv Rugosity, regelt, w&auml;hrend CdgG keinen DGC-Aktivit&auml;t und negativ Rugosity reguliert. Au&szlig;erdem identifiziert Epistase Analyse mit CdgG, CdgH, PDEs und andere DGCs steuernde Rugosity ergab, dass CdgG und CdgH zuvor parallel zu handeln-c-di-GMP signalisierende Proteine um Rugosity in V. Cholerae zu steuern. Wir entschlossen auch diese PilZ-Gebietsenthalten c-di-GMP Bindung, die Proteine tragen minimal zu Rugosity, darauf hinweist, dass es gibt zus&auml;tzliche c-di-GMP-bindende Proteine Steuern Rugosity in V. Cholerae.

Identifizierung und Charakterisierung von zyklischen Diguanylate signalisieren Systeme steuern Rugosity in Vibrio Cholerae.

Indole has been proposed to act as an extracellular signal molecule influencing biofilm formation in a range of bacteria. For this study, the role of indole in Vibrio cholerae biofilm formation was examined. It was shown that indole activates genes involved in vibrio polysaccharide (VPS) production, which is essential for V. cholerae biofilm formation. In addition to activating these genes, it was determined using microarrays that indole influences the expression of many other genes, including those involved in motility, protozoan grazing resistance, iron utilization, and ion transport. A transposon mutagenesis screen revealed additional components of the indole-VPS regulatory circuitry. The indole signaling cascade includes the DksA protein along with known regulators of VPS production, VpsR and CdgA. A working model is presented in which global control of gene expression by indole is coordinated through sigma(54) and associated transcriptional regulators.

Indole acts as an extracellular cue regulating gene expression in Vibrio cholerae.

Indol ist vorgeschlagen worden, als eine Beeinflussung der Biofilm-Bildung in einer Reihe von Bakterien extrazellul&auml;re Signalmolek&uuml;l fungieren. F&uuml;r diese Studie wurde untersucht, die Rolle von Indol bei Vibrio Cholerae Biofilm-Bildung. Es wurde gezeigt, dass das Indol Selbstmordprogramm Vibrio Polysaccharid (VPS) Produktion, aktiviert die f&uuml;r V. Cholerae Biofilm-Bildung unabdingbar ist. Zus&auml;tzlich zur Aktivierung dieser Gene, es wurde festgestellt, mit Microarrays, Indol beeinflusst den Ausdruck vieler anderer Gene, auch die Beteiligten in Motilit&auml;t, Protozoen Beweidung Widerstand, Eisen-Nutzung und Ionentransport. Ein Transposon-Mutagenese-Bildschirm offenbart weitere Komponenten der regulatorischen Indol-VPS-Schaltung. Die Signalisierung der Kaskade Indol umfasst das DksA Protein zusammen mit bekannten Regler der VPS-Produktion, VpsR und CdgA. Ein Arbeitsmodell wird pr&auml;sentiert in der globalen Kontrolle der Genexpression von Indol durch sigma(54) und zugeh&ouml;rigen transkriptionelle Regulierungsbeh&ouml;rden koordiniert ist.

Indol fungiert als eine extrazellul&auml;re Stichwort Regulierung der Genexpression in Vibrio Cholerae.

The Vibrio cholerae type II secretion (T2S) machinery is a multiprotein complex that spans the cell envelope. When the T2S system is inactivated, cholera toxin and other exoproteins accumulate in the periplasmic compartment. Additionally, loss of secretion via the T2S system leads to a reduced growth rate, compromised outer membrane integrity, and induction of the extracytoplasmic stress factor RpoE (A. E. Sikora, S. R. Lybarger, and M. Sandkvist, J. Bacteriol. 189:8484-8495, 2007). In this study, gene expression profiling reveals that inactivation of the T2S system alters the expression of genes encoding cell envelope components and proteins involved in central metabolism, chemotaxis, motility, oxidative stress, and iron storage and acquisition. Consistent with the gene expression data, molecular and biochemical analyses indicate that the T2S mutants suffer from internal oxidative stress and increased levels of intracellular ferrous iron. By using a tolA mutant of V. cholerae that shares a similar compromised membrane phenotype but maintains a functional T2S machinery, we show that the formation of radical oxygen species, induction of oxidative stress, and changes in iron physiology are likely general responses to cell envelope damage and are not unique to T2S mutants. Finally, we demonstrate that disruption of the V. cholerae cell envelope by chemical treatment with polymyxin B similarly results in induction of the RpoE-mediated stress response, increased sensitivity to oxidants, and a change in iron metabolism. We propose that many types of extracytoplasmic stresses, caused either by genetic alterations of outer membrane constituents or by chemical or physical damage to the cell envelope, induce common signaling pathways that ultimately lead to internal oxidative stress and misregulation of iron homeostasis.

Cell envelope perturbation induces oxidative stress and changes in iron homeostasis in Vibrio cholerae.

Der Vibrio Cholerae Typ II Sekretion (T2S) Maschinen ist ein Multiprotein komplexe, die der Zellh&uuml;llen &uuml;berspannt. Wenn das T2S-System inaktiviert ist, sammeln sich Cholera-Toxin und andere Exoproteins im periplasmatischen Raum. Dar&uuml;ber hinaus gef&auml;hrdet Verlust der Sekretion &uuml;ber die T2S System zu einem geringeren Wachstum f&uuml;hrt, &auml;u&szlig;ere Membran Integrit&auml;t und Induktion von den extracytoplasmic Stressfaktor RpoE (A. E. Sikora, S. R. Lybarger und M. Sandkvist, J. Bacteriol. 189:8484-8495, 2007). In dieser Studie gen Expression profiling deckt auf, dass die Inaktivierung des T2S Systems ver&auml;ndert die Expression von Genen Codierung Umschlag Zellbestandteile und Proteine beteiligt sind zentrale Stoffwechsel, Chemotaxis, Motilit&auml;t, oxidativer Stress, und Eisen-Speicher und Akquisition. Einklang mit den Gen-Ausdruck-Daten, Molekulare und biochemische Analysen zeigen, dass interne oxidativer Stress und erh&ouml;hte Konzentration von intrazellul&auml;ren Eisen Eisen die T2S-Mutanten leiden. Mithilfe von TolA Mutanten von V. Cholerae, die Aktien, die eine &auml;hnliche gef&auml;hrdet Membran Ph&auml;notyp aber unterh&auml;lt eine funktionale T2S-Maschinerie, wir zeigen, dass die Bildung von radikalen Sauerstoffspezies, Induktion von oxidativen Stress, und &Auml;nderungen in Eisen Physiologie, sind wahrscheinlich allgemeine Antworten zu Zellh&uuml;llen besch&auml;digen und gelten nicht nur f&uuml;r T2S-Mutanten. Schlie&szlig;lich zeigen wir, dass die St&ouml;rung des V. Cholerae Zelle Umschlags durch chemische Behandlung mit Polymyxin B ebenso Induktion die RpoE-vermittelte Stressantwort, erh&ouml;hte Empfindlichkeit gegen&uuml;ber Oxidantien und eine &Auml;nderung der Eisen-Stoffwechsel f&uuml;hrt. Wir schlagen vor, da&szlig; viele Arten von extracytoplasmic Belastungen, genetische Ver&auml;nderungen der &auml;u&szlig;eren Membrane Bestandteile oder durch chemische oder physikalische Besch&auml;digung der Zellh&uuml;llen, gemeinsame Signalwege, die letztlich zu internen oxidativer Stress und Misregulation der Eisen-Hom&ouml;ostase f&uuml;hren.

Zelle Umschlag St&ouml;rung induziert oxidativen Stress und Ver&auml;nderungen in Eisen-Hom&ouml;ostase in Vibrio Cholerae.

Vibrio cholerae is a motile bacterium responsible for the disease cholera, and motility has been hypothesized to be inversely regulated with virulence. We examined the transcription profiles of V. cholerae strains containing mutations in flagellar regulatory genes (rpoN, flrA, flrC, and fliA) by utilizing whole-genome microarrays. Results revealed that flagellar transcription is organized into a four-tiered hierarchy. Additionally, genes with proven or putative roles in virulence (e.g., ctx, tcp, hemolysin, and type VI secretion genes) were upregulated in flagellar regulatory mutants, which was confirmed by quantitative reverse transcription-PCR. Flagellar regulatory mutants exhibit increased hemolysis of human erythrocytes, which was due to increased transcription of the thermolabile hemolysin (tlh). The flagellar regulatory system positively regulates transcription of a diguanylate cyclase, CdgD, which in turn regulates transcription of a novel hemagglutinin (frhA) that mediates adherence to chitin and epithelial cells and enhances biofilm formation and intestinal colonization in infant mice. Our results demonstrate that the flagellar regulatory system modulates the expression of nonflagellar genes, with induction of an adhesin that facilitates colonization within the intestine and repression of virulence factors maximally induced following colonization. These results suggest that the flagellar regulatory hierarchy facilitates correct spatiotemporal expression patterns for optimal V. cholerae colonization and disease progression.

The Vibrio cholerae flagellar regulatory hierarchy controls expression of virulence factors.

Vibrio Cholerae ist ein st&auml;bchenf&ouml;rmiges Bakterium verantwortlich f&uuml;r die Krankheit Cholera und Motilit&auml;t hat theoretisiert worden, um umgekehrt mit Virulenz geregelt werden. Wir untersuchten die Transkription-Profile von V. Cholerae St&auml;mme mit Mutationen in Flimmerband Regulatory-Genen (RpoN, FlrA FlrC und FliA) durch die Verwendung von ganzen-Genom Microarrays. Ergebnisse zeigten, dass Flimmerband Transkription vier Ebenen hierarchisch organisiert ist. Dar&uuml;ber hinaus wurden die Gene mit bew&auml;hrten oder vermeintliche Rollen in Virulenz (z.B. Ctx, Tcp, Hemolysin und Typ VI Sekretion Gene) herraufreguliert in Flimmerband regulatorischen Mutanten, die durch quantitative reverse Transkription-PCR best&auml;tigt wurde. Flimmerband regulatorische Mutanten weisen erh&ouml;hte H&auml;molyse der menschlichen Erythrozyten, die aufgrund erh&ouml;hter Transkription der thermolabile Hemolysin (Tlh) war. Das Flimmerband Regulierungssystem regelt positiv Transkription einer Diguanylate Guanylatcyclase, CdgD, die wiederum Transkription eine neuartige H&auml;magglutinin (FrhA) regelt, die Einhaltung von Chitin und Epithelzellen vermittelt und verbessert die Biofilm-Bildung und die intestinale Kolonisation Kleinkinder M&auml;usen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Flimmerband Regulierungssystem moduliert die Expression von nonflagellar Genen, mit Induktion von einer Adhesin, die Kolonisierung innerhalb des Darms erleichtert und Unterdr&uuml;ckung der Virulenz Faktoren maximal induzierte folgende Kolonisation. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Flimmerband regulatorische Hierarchie erleichtert die korrekte raumzeitliche Ausdrucksmuster f&uuml;r optimale V. Cholerae Kolonisation und Krankheit Fortschreiten.

Die Vibrio Cholerae Flimmerband regulatorische Hierarchie steuert die Expression von Virulenzfaktoren.

Microorganisms can switch from a planktonic, free-swimming life-style to a sessile, colonial state, called a biofilm, which confers resistance to environmental stress. Conversion between the motile and biofilm life-styles has been attributed to increased levels of the prokaryotic second messenger cyclic di-guanosine monophosphate (c-di-GMP), yet the signaling mechanisms mediating such a global switch are poorly understood. Here we show that the transcriptional regulator VpsT from Vibrio cholerae directly senses c-di-GMP to inversely control extracellular matrix production and motility, which identifies VpsT as a master regulator for biofilm formation. Rather than being regulated by phosphorylation, VpsT undergoes a change in oligomerization on c-di-GMP binding.

Vibrio cholerae VpsT regulates matrix production and motility by directly sensing cyclic di-GMP.

Mikroorganismen k&ouml;nnen von einem Plankton, freischwimmenden Lebensstil wechseln, eine sessile, koloniale Zustand, genannt ein Biofilm, die Resistenz gegen&uuml;ber Umwelteinfl&uuml;ssen ableitet. Konvertierung zwischen den st&auml;bchenf&ouml;rmiges und Biofilm Lebensstile hat h&ouml;heres Ma&szlig; an der prokaryotischen zugeschrieben zweiter Bote zyklische di-Guanosinmonophosphat (c-di-GMP), doch die Vermittlung eines solchen globalen Schalters Signalisierungsmechanismen schlecht verstanden werden. Hier zeigen wir, dass die transkriptionelle Regulierungsbeh&ouml;rde VpsT von Vibrio Cholerae direkt sp&uuml;rt c-di-GMP umgekehrt Steuern extrazellul&auml;ren Matrix Produktions- und Motilit&auml;t, der VpsT als master Regulator f&uuml;r Biofilm-Bildung identifiziert. Anstatt durch Phosphorylierung reguliert wird, auf Wunsch VpsT in Oligomerisierung auf c-di-GMP-Bindung.

Vibrio Cholerae VpsT reguliert Matrix Produktions- und Motilit&auml;t durch Sensorik direkt zyklische di-GMP.

Vibrio cholerae switches between free-living motile and surface-attached sessile lifestyles. Cyclic diguanylate (c-di-GMP) is a signaling molecule controlling such lifestyle changes. C-di-GMP is synthesized by diguanylate cyclases (DGCs) that contain a GGDEF domain and is degraded by phosphodiesterases (PDEs) that contain an EAL or HD-GYP domain. We constructed in-frame deletions of all V. cholerae genes encoding proteins with GGDEF and/or EAL domains and screened mutants for altered motility phenotypes. Of 52 mutants tested, four mutants exhibited an increase in motility, while three mutants exhibited a decrease in motility. We further characterized one mutant lacking VC0137 (cdgJ), which encodes an EAL domain protein. Cellular c-di-GMP quantifications and in vitro enzymatic activity assays revealed that CdgJ functions as a PDE. The cdgJ mutant had reduced motility and exhibited a small decrease in flaA expression; however, it was able to produce a flagellum. This mutant had enhanced biofilm formation and vps gene expression compared to that of the wild type, indicating that CdgJ inversely regulates motility and biofilm formation. Genetic interaction analysis revealed that at least four DGCs, together with CdgJ, control motility in V. cholerae.

Identification and characterization of a phosphodiesterase that inversely regulates motility and biofilm formation in Vibrio cholerae.

Vibrio Cholerae wechselt zwischen freilebenden st&auml;bchenf&ouml;rmiges und Oberfl&auml;che Fraktionslosen sessile Lebensweise. Zyklische Diguanylate (c-di-GMP) ist eine signalisierende Molek&uuml;l Steuerung solcher Ver&auml;nderungen im Lebensstil. C-di-GMP wird durch Diguanylate Adenylylzyklasen (DGCs), die eine GGDEF-Dom&auml;ne enthalten und ist vom Phosphodiesterases (PDEs), die eine EAL oder HD-GYP Dom&auml;ne enthalten abgebaut. Wir konstruiert in Frame Deletionen aller V. Cholerae Gene codieren Proteine mit GGDEF und/oder EAL Domains und Mutanten f&uuml;r ver&auml;nderte Motilit&auml;t Ph&auml;notypen abgeschirmt. 52 Mutanten getestet stellte vier Mutanten eine Erh&ouml;hung Motilit&auml;t, w&auml;hrend drei Mutanten eine Abnahme der Motilit&auml;t ausgestellt. Wir weiter charakterisiert ein Mutant VC0137 fehlt (CdgJ), die eine EAL Dom&auml;ne-Protein kodiert. Zellul&auml;re c-di-GMP-Positionen und in-vitro-enzymatische Aktivit&auml;t Assays ergab, dass CdgJ als ein PDE fungiert. Der CdgJ-Mutant hatte reduzierte Motilit&auml;t und stellte einen kleinen R&uuml;ckgang der FlaA Ausdruck; Allerdings war es eine Gei&szlig;el zu produzieren. Dieser Mutant verbesserten hatten Biofilm Formation und Vps Genexpression im Vergleich zu den Wild-Typ gibt an, dass CdgJ umgekehrt Motilit&auml;t und Biofilm Formation regelt. Genetische Interaktionsanalyse ergab, dass mindestens vier DGCs, zusammen mit CdgJ, Motilit&auml;t in V. Cholerae kontrollieren.

Identifizierung und Charakterisierung von eine Phosphodiesterase, die Motilit&auml;t und Biofilm Formation in Vibrio Cholerae umgekehrt regelt.

Vibrio cholerae causes the severe diarrhoeal disease cholera. A cascade of regulators controls expression of virulence determinants in V. cholerae at both transcriptional and post-transcriptional levels. ToxT is the direct transcription activator of the major virulence genes in V. cholerae. Here we describe TarA, a highly conserved, small regulatory RNA, whose transcription is activated by ToxT from toxboxes present upstream of the ToxT-activated gene tcpI. TarA regulates ptsG, encoding a major glucose transporter in V. cholerae. Cells overexpressing TarA exhibit decreased steady-state levels of ptsG mRNA and grow poorly in glucose-minimal media. A mutant lacking the ubiquitous regulatory protein Hfq expresses diminished TarA levels, indicating that TarA likely interacts with Hfq to regulate gene expression. RNAhybrid analysis of TarA and the putative ptsG mRNA leader suggests potential productive base-pairing between these two RNA molecules. A V. cholerae mutant lacking TarA is compromised for infant mouse colonization in competition with wild type, suggesting a role in the in vivo fitness of V. cholerae. Although somewhat functionally analogous to SgrS of Escherichia coli, TarA does not encode a regulatory peptide, and its expression is activated by the virulence gene pathway in V. cholerae and not by glycolytic intermediates.

The Vibrio cholerae virulence regulatory cascade controls glucose uptake through activation of TarA, a small regulatory RNA.

Vibrio Cholerae verursacht die schwere Durchfallerkrankungen Krankheit Cholera. Eine Kaskade von Regler steuert Ausdruck der Virulenz Determinanten in V. Cholerae sowohl die transkriptionelle als auch die Posttranskriptionale Ebene. ToxT ist die direkte Abschrift-Aktivator, der die wichtigsten Virulenzgene in V. Cholerae. Hier beschreiben wir TarA, ein stark konservierten, kleine regulatorische RNA, deren Transkription, indem ToxT aus Toxboxes vorhanden aktiviert wird oberhalb der aktivierten ToxT gen-Ali. TarA regelt PtsG, eine gro&szlig;e Glucosetransporter in V. Cholerae-Codierung. TarA Ausstellung &uuml;berexprimierenden Zellen verringert station&auml;ren Ebenen des PtsG mRNA und schlecht in Glukose-minimal Medien wachsen. Eine Mutante fehlt das allgegenw&auml;rtige regulatorische Protein, das Hfq dr&uuml;ckt verminderte TarA Ebenen, darauf hinweist, dass TarA wahrscheinlich mit Hfq Genexpression regulieren interagiert. RNAhybrid Analyse von TarA und der vermeintliche PtsG-mRNA-F&uuml;hrer schl&auml;gt m&ouml;gliche produktive Base-Paarung zwischen diesen zwei RNA-Molek&uuml;le. V. Cholerae Mutanten fehlt TarA ist f&uuml;r Kleinkinder Maus Kolonisation im Wettbewerb mit Wildtyp, gef&auml;hrdet eine Rolle in der in-vivo Fitness von V. Cholerae vorschlagen. Obwohl etwas funktionell analog zu SgrS von Escherichia coli, TarA nicht codiert eine regulatorische Peptide und seinen Ausdruck wird aktiviert, indem die Virulenz gen Pathway in V. Cholerae und nicht glykolytischen Zwischenprodukte.

Der Vibrio Cholerae Virulenz regulatorischen Kaskade Steuerelemente Glukoseaufnahme durch Aktivierung von TarA, eine kleine regulatorische RNA.

Survival at host temperature is a critical trait for pathogenic microbes of humans. Thermally dimorphic fungal pathogens, including Histoplasma capsulatum, are soil fungi that undergo dramatic changes in cell shape and virulence gene expression in response to host temperature. How these organisms link changes in temperature to both morphologic development and expression of virulence traits is unknown. Here we elucidate a temperature-responsive transcriptional network in H. capsulatum, which switches from a filamentous form in the environment to a pathogenic yeast form at body temperature. The circuit is driven by three highly conserved factors, Ryp1, Ryp2, and Ryp3, that are required for yeast-phase growth at 37°C. Ryp factors belong to distinct families of proteins that control developmental transitions in fungi: Ryp1 is a member of the WOPR family of transcription factors, and Ryp2 and Ryp3 are both members of the Velvet family of proteins whose molecular function is unknown. Here we provide the first evidence that these WOPR and Velvet proteins interact, and that Velvet proteins associate with DNA to drive gene expression. Using genome-wide chromatin immunoprecipitation studies, we determine that Ryp1, Ryp2, and Ryp3 associate with a large common set of genomic loci that includes known virulence genes, indicating that the Ryp factors directly control genes required for pathogenicity in addition to their role in regulating cell morphology. We further dissect the Ryp regulatory circuit by determining that a fourth transcription factor, which we name Ryp4, is required for yeast-phase growth and gene expression, associates with DNA, and displays interdependent regulation with Ryp1, Ryp2, and Ryp3. Finally, we define cis-acting motifs that recruit the Ryp factors to their interwoven network of temperature-responsive target genes. Taken together, our results reveal a positive feedback circuit that directs a broad transcriptional switch between environmental and pathogenic states in response to temperature.

Article	Year
Cyclic-diGMP signal transduction systems in Vibrio cholerae: modulation of rugosity and biofilm formation. Molecular microbiology\| PubMed ID: 16573684	2006
Transcriptome and phenotypic responses of Vibrio cholerae to increased cyclic di-GMP level. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 16672614	2006
Differences in gene expression between the classical and El Tor biotypes of Vibrio cholerae O1. Infection and immunity\| PubMed ID: 16714595	2006
Regulation of rugosity and biofilm formation in Vibrio cholerae: comparison of VpsT and VpsR regulons and epistasis analysis of vpsT, vpsR, and hapR. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 17071756	2007
Regulation of Vibrio polysaccharide synthesis and virulence factor production by CdgC, a GGDEF-EAL domain protein, in Vibrio cholerae. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 17122338	2007
Smooth to rugose phase variation in Vibrio cholerae can be mediated by a single nucleotide change that targets c-di-GMP signalling pathway. Molecular microbiology\| PubMed ID: 17233827	2007
Identification and characterization of cyclic diguanylate signaling systems controlling rugosity in Vibrio cholerae. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 18790873	2008
Indole acts as an extracellular cue regulating gene expression in Vibrio cholerae. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 19329638	2009
Cell envelope perturbation induces oxidative stress and changes in iron homeostasis in Vibrio cholerae. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 19542276	2009
The Vibrio cholerae flagellar regulatory hierarchy controls expression of virulence factors. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 19717600	2009
Vibrio cholerae VpsT regulates matrix production and motility by directly sensing cyclic di-GMP. Science (New York, N.Y.)\| PubMed ID: 20150502	2010
Identification and characterization of a phosphodiesterase that inversely regulates motility and biofilm formation in Vibrio cholerae. Journal of bacteriology\| PubMed ID: 20622061	2010
The Vibrio cholerae virulence regulatory cascade controls glucose uptake through activation of TarA, a small regulatory RNA. Molecular microbiology\| PubMed ID: 21091503	2010
A temperature-responsive network links cell shape and virulence traits in a primary fungal pathogen. PLoS biology\| PubMed ID: 23935449	2013

Sinem Beyhan

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