Underlying principles of bistability in the expression of the pivotal virulence regulator RovA of Yersinia pseudotuberculosis and its role for virulence

Das enteropathogene Bakterium Yersinia pseudotuberculosis wechselt regelmasig zwischen der Umwelt und seinem Wirt umher und muss sich dabei verschiedenen Herausforderungen wie Nahrstoffschwankungen und Angriffen des Immunsystems stellen. Die bistabile Expression von wichtigen Regulatoren ist daher ein evolutiver Vorteil, um diese schnellen Veranderungen der Umweltbedingungen zu uberleben. RovA von Y. pseudotuberculosis ist ein Proteinthermosensor, der fruhe Virulenzfaktoren wie Invasin reguliert. Durch Konformationsanderungen erkennt RovA Temperaturunterschiede, welche beim Eindringen in den Wirt auftreten. RovA wird in Y. pseudotuberculosis temperaturabhangig bistabil exprimiert. Dies fuhrt in einem bestimmten Temperaturbereich zu RovA-positiven und RovA-negativen Subpopulationen. In der vorliegenden Arbeit wurden die Mechanismen untersucht, die zur Entstehung der bistabilen Expression von rovA fuhren. Auserdem wurde die Rolle bistabiler rovA Expression wahrend der Infektion analysiert. Durch Zeitreihenaufnahmen konnte die Dynamik des bistabilen Wechsels der rovA Expression dargestellt werden, welche durch Hysterese gekennzeichnet ist; einem Gedachtnis-ahnlichem Verhalten von Zellen. Mit Hilfe von Mutantenanalysen konnte gezeigt werden, dass die Fahigkeit von RovA, Temperaturschwankungen wahrzunehmen, sowie die Proteolyse von RovA, entscheidend sind fur die korrekte bistabile rovA Expression. Neben diesen temperaturabhangigen Faktoren wurde entdeckt, dass PhoP des Zweikomponentensystems PhoP/PhoQ die bistabile Expression von rovA beeinflusst. PhoP reagiert auf geringe Mg2+-Konzentrationen und antimikrobielle Peptide und aktiviert indirekt die Expression von rovA durch direkte Interaktion mit der nicht-kodierenden RNA CsrC. Dadurch wurde der erste direkte Aktivator der csrC Transkription in Y. pseudotuberculosis identifiziert. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit im murinen oralen Infektionsmodell die Existenz von RovA-positiven und RovA-negativen Subpopulationen in Peyer'schen Plaques und im Caecum aufgedeckt. Auserdem konnte gezeigt werden, dass Mutanten, welche eine stabile RovA Variante exprimieren, eine attenuierte Virulenz ahnlich zur rovA Deletionsmutante aufweisen. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass die bistabile rovA Expression sehr robust gegenuber Storungen ist und dass ein genaue RovA-Menge entscheidend fur die Virulenz von Y. pseudotuberculosis ist.