VpsRは、バイオフィルムに含まれる複数のバイオフィルム遺伝子の転写を直接活性化する

VpsR directly activates transcription of multiple biofilm genes in .

• Meng-Lun Hsieh
• Christopher M Waters
• Deborah M Hinton

抄録

生存、散布、持続に重要なバイオフィルムのバイオフィルム形成には、イオアトリックス（）遺伝子のクラスターと同様に、オリヤ糖（）オペロンIとIIの複数の遺伝子が必要である。これらの遺伝子の転写制御は、複数のアクチベーター／リプレッサーとユビキタスシグナル分子である環状di-GMP（c-di-GMP）を必要とする複雑なプロセスである。これまでに、我々は、VpsR が転写活性なオープン複合体の形成を刺激することで、-II オペロンに先行するプロモーター（P ）のσ70（σ70-RNAP）を含む RNA ポリメラーゼを c-di-GMP 依存的な方法で直接活性化することを実証してきた。転写、電気泳動モビリティシフトアッセイ、および DNase I フットプリントを用いて、VpsR がバイオフィルム形成クラスター内の他のプロモーターからの σ70-RNAP 転写も直接活性化することをここで示した。P , -Iオペロンの先頭にあるP , クラスターの先頭にあるP , そして発散遺伝子の上流にあるP。この能力において、VpsRは、コアプロモーター配列に隣接して機能するクラスIIの活性化因子として機能し（PとP）、さらに上流で機能するクラスIの活性化因子として機能する（PとP）の両方の機能を発揮することがわかった。これらのプロモーターは c-di-GMP の有無で VpsR-DNA 結合親和性が異なることから、VpsR の活性化機構は VpsR の濃度と転写を増加させる c-di-GMP のレベルの両方に依存しており、その結果、きめ細かな制御が行われていると推測される。セカンドメッセンジャーである c-di-GMP を直接感知する VpsR は、このプロセスの主要なレギュレーターです。VpsRは、c-di-GMPとともに、バイオフィルム生物形成プロモーターからのσ70を含むRNAポリメラーゼによる転写を直接活性化する。生化学的手法を用いて、VpsR/c-di-GMPがσ70-RNAポリメラーゼを直接活性化することを初めて明らかにした。この点で、VpsR/c-di-GMPはクラスIまたはクラスIIの活性化因子として機能している。これらの結果は、c-di-GMP依存性転写活性化のメカニズムとバイオフィルム形成におけるVpsRの特異的な役割を広げるものである。

biofilm biogenesis, which is important for survival, dissemination, and persistence, requires multiple genes in the olyaccharides () operons I and II as well as the cluster of ioatrix () genes. Transcriptional control of these genes is a complex process that requires several activators/repressors and the ubiquitous signaling molecule, cyclic di-GMP (c-di-GMP). Previously, we demonstrated that VpsR directly activates RNA polymerase containing σ70 (σ70-RNAP) at the promoter (P ), which precedes the -II operon, in a c-di-GMP-dependent manner by stimulating formation of the transcriptionally active, open complex. Using transcription, electrophoretic mobility shift assays, and DNase I footprinting, we show here that VpsR also directly activates σ70-RNAP transcription from other promoters within the biofilm formation cluster: P , at the beginning of the -I operon; P , at the start of the cluster; and P , which lies upstream of the divergent genes. In this capacity, we find that VpsR is able to behave both as a Class II activator, which functions immediately adjacent/overlapping the core promoter sequence (P and P ), and as a Class I activator, which functions farther upstream (P and P ). Because these promoters vary in VpsR-DNA binding affinity in the absence and presence of c-di-GMP, we speculate that VpsR's mechanism of activation is dependent on both the concentration of VpsR and the level of c-di-GMP to increase transcription, resulting in finely tuned regulation., the bacterial pathogen that is responsible for the disease cholera, uses biofilms to aid in survival, dissemination, and persistence. VpsR, which directly senses the second messenger c-di-GMP, is a major regulator of this process. Together with c-di-GMP, VpsR directly activates transcription by RNA polymerase containing σ70 from the biofilm biogenesis promoter. Using biochemical methods, we demonstrate for the first time that VpsR/c-di-GMP directly activates σ70-RNA polymerase at the first genes of the and ribomatrix operons. In this regard, it functions as either a Class I or Class II activator. Our results broaden the mechanism of c-di-GMP-dependent transcription activation and the specific role of VpsR in biofilm formation.

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