Characterizing the regulation of mitochondrial nucleoids

Mitochondria contain a 16.6 kb circular genome encoding 13 proteins as well as mitochondrial tRNAs and rRNAs. Copies of the genome are organized into nucleoids containing both DNA and proteins, including the machinery required for mtDNA replication and transcription. Although mtDNA integrity is essential for cellular and organismal viability, regulation of proliferation of the mitochondrial genome is poorly understood. To elucidate the mechanisms behind this, we chose to study the interplay between mtDNA copy number and the proteins involved in mitochondrial fusion, another required function in cells. Strikingly, we found that mouse embryonic fibroblasts lacking fusion also had a mtDNA copy number deficit. To understand this phenomenon further, we analyzed the binding of mitochondrial transcription factor A, whose role in transcription, replication, and packaging of the genome is well-established and crucial for cellular maintenance. Using ChIP-seq, we were able to detect largely uniform, non-specific binding across the genome, with no occupancy in the known specific binding sites in the regulatory region. We did detect a single binding site directly upstream of a known origin of replication, suggesting that TFAM may play a direct role in replication. Finally, although TFAM has been previously shown to localize to the nuclear genome, we found no evidence for such binding sites in our system.

To further understand the regulation of mtDNA by other proteins, we analyzed publicly available ChIP-seq datasets from ENCODE, modENCODE, and mouseENCODE for evidence of nuclear transcription factor binding to the mitochondrial genome. We identified eight human transcription factors and three mouse transcription factors that demonstrated binding events with the classical strand asymmetrical morphology of classical binding sites. ChIP-seq is a powerful tool for understanding the interactions between proteins and the mitochondrial genome, and future studies promise to further the understanding of how mtDNA is regulated within the nucleoid.

Expression of the phosphonoalanine-degradative gene cluster from Variovorax sp Pal2 is induced by growth on phosphonoalanine and phosphonopyruvate

The phosphonopyruvate hydrolase (PalA) found in Variovorax sp., Pal2, is a novel carbon-phosphorus bond cleavage enzyme, which is expressed even in the presence of high levels of phosphate, thus permitting phosphonopyruvate to be used as the sole carbon and energy source. Analysis of the regions adjacent to the palA gene revealed the presence of the five structural genes that constitute the 2-amino-3-phosphonopropionic acid (phosphonoalanine)-degradative operon. Reverse transcriptase-PCR (RT-PCR) experiments demonstrated that all five genes in the operon are transcribed as a single mRNA and that their transcription is induced by phosphonoalanine or phosphonopyruvate. Transcriptional fusions of the regulatory region of the phosphonoalanine degradative operon with the gfp gene were constructed. Expression analysis indicated that the presence of a LysR-type regulator (encoded by the palR gene) is essential for the transcription of the structural genes of the operon. Similar gene clusters were found in the sequenced genomes of six bacterial species from the Alpha-, Beta- and Gammaproteobacteria, and analysis of metagenomic libraries revealed that sequences related to palA are widely spread in the marine environment.

Primary structure and expression studies of the dihydrofolate reductase gene (DFRI) of Saccharomyces cerevisiae

The nucleotide sequence of a genomic DNA fragment thought previously to contain the dihydrofolate reductase gene (DFR1) of Saccharomyces cerevisiae by genetic criteria was determined. This DNA fragment of 1784' basepairs contains a large open reading frame from position 800 to 1432, which encodes a enzyme with a predicted molecular weight of 24,229.8 Daltons. Analysis of the amino acid sequence of this protein revealed that the yeast polypep·tide contained 211 amino acids, compared to the 186 residues commonly found in the polypeptides of other eukaryotes. The difference in size of the gene product can be attributed mainly to an insert in the yeast gene. Within this region, several consensus sequences required for processing of yeast nuclear and class II mitochondrial introns were identified, but appear not sufficient for the RNA splicing. The primary structure of the yeast DHFR protein has considerable sequence homology with analogous polypeptides from other organisms, especially in the consensus residues involved in cofactor and/or inhibitor binding. Analysis of the nucleotide sequence also revealed the presence of a number of canonical sequences identified in yeast as having some function in the regulation of gene expression. These include UAS elements (TGACTC) required for tIle amino acid general control response, and "TATA H boxes as well as several consensus sequences thought to be required for transcriptional termination and polyadenylation. Analysis of the codon usage of the yeast DFRl coding region revealed a codon bias index of 0.0083. this valve very close to zero suggestes 3 that the gene is expressed at a relatively low level under normal physiological conditions. The information concerning the organization of the DFRl were used to construct a variety of fusions of its 5' regulatory region with the coding region of the lacZ gene of E. coli. Some of such fused genes encoded a fusion product that expressed in E.coli and/or in yeast under the control of the 5' regulatory elements of the DFR1. Further studies with these fusion constructions revealed that the beta-galactosidase activity encoded on multicopy plasmids was stimulated transiently by prior exposure of yeast host cells to UV light. This suggests that the yeast PFRl gene is indu.ced by UV light and nlay in1ply a novel function of DHFR protein in the cellular responses to DNA damage. Another novel f~ature of yeast DHFR was revealed during preliminary studies of a diploid strain containing a heterozygous DFRl null allele. The strain was constructed by insertion of a URA3 gene within the coding region of DFR1. Sporulation of this diploid revealed that meiotic products segregated 2:0 for uracil prototrophy when spore clones were germinated on medium supplemented with 5-formyltetrahydrofolate (folinic acid). This finding suggests that, in addition to its catalytic activity, the DFRl gene product nlay play some role in the anabolisln of folinic acid. Alternatively, this result may indicate that Ura+ haploid segregants were inviable and suggest that the enzyme has an essential cellular function in this species.

Pharmacogénétique du DHFR chez les enfants leucémiques

Le dihydrofolate réductase (DHFR) est la principale cible du méthotrexate, un important composant du traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Une association des polymorphismes du promoteur de DHFR avec l’issue de la LLA a été mise en évidence au laboratoire. Une survie sans événement (EFS) réduite corrélait avec les allèles A -317 et C -1610, et l’haplotype *1, défini par ces allèles. L’haplotype *1 était aussi associé à une expression élevée du DHFR. Dans cette étude, nous étendons l’analyse à la région régulatrice adjacente, d’environ 400 pb, correspondant au transcrit mineur non-codant du DHFR, qui joue un rôle essentiel dans la régulation de la transcription au niveau du promoteur majeur. Six polymorphismes ont été identifiés, parmi lesquels 5 étaient des SNPs et un polymorphisme de longueur composé d’un nombre variable d’éléments de 9 pb et d’une insertion/délétion de 9 pb. L’analyse d’haplotype, incluant tous les polymorphismes promoteurs, a révélé une diversification de l’haploytpe *1 en 5 sous-types (*1a à *1e). Les variations du promoteur majeur et les sous-types de l’haplotype *1 ont été par la suite analysés pour l’association avec l’issue de LLA. Un EFS réduit corrélait avec l’allèle A du polymorphisme G308A (p=0,02) et avec l’haplotype *1 (p=0,01). Des niveaux élevées d’ARNm étaient trouvés chez les porteurs de l’haplotype *1b (p=0,005) et pas pour les autres sous-types de l’haplotype *1. Alors, la mauvaise issue de LLA associée avec l'haplotype *1 est en effet déterminée par le sous-type *1b. Cette étude donne un nouvel aperçu des polymorphismes régulateurs du DHFR définissant plus précisément les variations du DHFR prédisposant un événement.

Les polymorphismes des gènes encodant les protéines apoptotiques Bim et Bax : leur rôle dans la réponse thérapeutique chez les enfants ayant la leucémie lymphoblastique aiguë

INTRODUCTION Des réponses thérapeutiques variables aux glucocorticoïdes (GCs) sont observées parmi les patients atteints de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA). Les protéines Bax et Bim ont déjà montré un rôle important dans l’apoptose des cellules leucémiques. L’expression de Bax était plus basse chez les patients leucémiques résistants au médicament, de même une sensibilité diminuée aux GCs a été associée avec une expression réduite de Bim. La différence dans l’expression pourrait être due à des polymorphismes présents dans ces gènes et donc être associés avec la résistance aux GCs. MÉTHODE Dix-huit polymorphismes en régions régulatrices, 2 polymorphismes exoniques et 7 polymorphismes en région 3’UTR de ces gènes ont été analysés chez les témoins (n=50) et ont permis de déterminer un nombre minimal de polymorphismes suffisants pour définir les haplotypes (tagSNPs). Ces 8 polymorphismes ont ensuite été génotypés chez 286 enfants atteints de la LLA et ont été testés pour l’issue de la maladie par l’analyse de survie. RÉSULTATS Une survie sans évènement et une survie sans rechute diminuées ont été observées pour l’haplotype 3 (p=0,03 et p=0,02). Une survie globale diminuée a été associée avec l’homozygotie pour l’allèle exonique T298C>T (p=0,03), de même que pour les haplotypes 1 et 4 (p=0,04 et p=0,02) du gène Bim. CONCLUSION Les polymorphismes ont été associés avec une survie diminuée chez des enfants atteints de LLA. Il reste à tester d’autres polymorphismes présents dans ces deux gènes ainsi qu’à définir leurs fonctions afin de comprendre leurs rôles dans la réponse aux GCs.

Identification et caractérisation d'un domaine de transactivation dans l’hélicase E1 des papillomavirus humains

Les papillomavirus sont des virus à ADN qui infectent la peau et les muqueuses. Ils causent des verrues et peuvent aussi mener au développement de cancers, dont le cancer du col de l’utérus. La réplication de leur génome nécessite deux protéines virales : l’hélicase E1 et le facteur de transcription E2, qui recrute E1 à l’origine de réplication virale. Pour faciliter l’étude de la réplication du génome viral, un essai quantitatif et à haut débit basé sur l’expression de la luciférase a été développé. Parallèlement, un domaine de transactivation a été identifié dans la région régulatrice N-terminale de la protéine E1. La caractérisation de ce domaine a montré que son intégrité est importante pour la réplication de l’ADN. Cette étude suggère que le domaine de transactivation de E1 est une région protéique intrinsèquement désordonnée qui permet la régulation de la réplication du génome viral par son interaction avec diverses protéines.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

La cartographie des sites de régulation génétique à partir de données de débalancement allélique

En 1975, Wilson et King ont proposé que l'évolution opère non seulement via des changements affectant la structure des protéines, mais aussi via des mutations qui modifient la régulation génétique. L'étude des éléments régulateurs de l'expression génétique a un rôle important dans la compréhension de l'expression de différentes maladies et de la réponse thérapeutique. Nous avons développé un algorithme bio- informatique qui nous permet rapidement de trouver des sites de régulation génétique à travers tout le génome et pour une grande quantité de gènes. Notre approche consiste à trouver des sites polymorphes (SNPs) qui sont en déséquilibre de liaison avec le débalancement allélique (AI) afin de cartographier la région régulatrice et le site responsable. Notre méthode est avantageuse par rapport à d'autres méthodes, car elle n'a pas besoin des données « phasées». De plus, les données de débalancement allélique ne sont pas affectées par des facteurs externes étant donné qu'ils sont mesurés dans la même cellule. Nous avons démontré que notre approche est fiable et qu'elle peut détecter des sites loin du gène. De plus, il peut être appliqué à des données de génotypage sans avoir besoin de les « phaser » .

Impacts fonctionnels des variants génétiques dans les promoteurs des gènes associés à la survie et à la mort cellulaire

La régulation de l’apoptose est importante dans le maintient de l’homéostasie cellulaire et l’intégrité du matériel génétique. L’apoptose est un mécanisme cellulaire qui élimine les cellules endommagées. Le bon fonctionnement de cette voie biologique est crucial pour contrer la propagation des cellules avec leurs anomalies génétiques. La dérégulation des gènes codants pour des composantes de la voie intrinsèque de l’apoptose est fréquemment observée chez divers types de cancers, incluant la leucémie. Nous proposons que des polymor¬phis¬mes fonctionnels localisés dans la région régulatrice (rSNP) des gènes impliqués dans la voie d’apoptose intrinsèque auraient un impact significatif dans l’oncogenèse en modifiant le taux d’expression de ces gènes. Dans cette étude, nous avons validé, à l’aide d’une combinaison d’approches in silico et in vitro, l’impact fonctionnel de la variabilité génétique sous la forme d’haplotypes (rHAPs), au niveau du promoteur proximal, de 11 gènes codant pour des composantes de la voie intrinsèque de l’apoptose. Pour ce faire, nous avons sous-cloné les rHAPs majeurs dans un vecteur contenant le gène rapporteur luciférase (pGL3b). Ces constructions furent utilisées dans des essais de transfections transitoires dans 3 lignées cellulaires (Hela, Jeg3 et Jurkat). Nous avons observé qu’au moins 2 rHAPs influencent significativement l’activité transcriptionelle de façon allèle spécifique. Ces rHAPs sont associés aux gènes YWHAB et YWHAQ. Les analyses de retard sur gel d’électrophorèse (EMSA) ont permis d’identifier 2 sites de liaison ADN-protéine différentielles dans les rHAPs du gène YWHAB. La variabilité du niveau d’expression des gènes étudiés pourrait contribuer à la susceptibilité interindividuelle de développer un cancer, tel que la leucémie de l’enfant.

Étude des mécanismes moléculaires influençant la variation de phase des adhésines P, F1651 et CS31A présentes chez des souches d'Escherichia coli pathogènes.

F1651, les pili Pap et l’antigène CS31A associé aux antigènes de surface K88 sont tout trois des membres de la famille de type P des facteurs d’adhérence jouant un rôle prépondérant lors de l’établissement d’une maladie causée par des souches Escherichia coli pathogènes, en particulier des souches d’E. coli pathogènes extra-intestinales (ExPEC, Extra-intestinal pathogenic E. coli). Leur expression est sous le contrôle d’un mécanisme de régulation transcriptionnel dépendant de l’état de méthylation de l’ADN, résultant dans l’existence de deux populations définies, l’une exprimant l’adhésine (population ON) et l’autre ne l’exprimant pas (population OFF). Malgré de fortes identités de séquences, ces trois systèmes diffèrent l’un de l’autre, principalement par le pourcentage de cellules ON rencontrées. Ainsi, quand CS31A est systématiquement orienté vers un état considéré comme OFF, F1651 présente une phase ON particulièrement élevée et Pap montre deux états OFF et ON bien distincts, selon le phénotype de départ. La protéine régulatrice sensible à la leucine (Lrp, Leucine-responsive regulatory protein) joue un rôle essentiel dans la réversibilité de ce phénomène épigénétique et il est supposé que les différences de séquences au niveau de la région régulatrice modifient la localisation à ces sites de fixation de Lrp; ce qui résulte, en final, aux différences de phase existant entre CS31A, F1651 et Pap.À l’aide de divers techniques parmi lesquelles l’utilisation de gènes rapporteurs, mutagénèses dirigées et d’analyse des interactions ADN-protéines in vitro, nous montrons dans ce présent projet que la phase OFF prédominante chez CS31A est principalement due à une faible interaction de Lrp avec la région distale de l’opéron clp, et que la présence d’un homologue du régulateur local PapI joue un rôle également clef dans la production de CS31A. Dans le cas de F1651, nous montrons dans cette étude que le taux élevé de cellules en phase ON est dû à une altération dans le maintien de Lrp sur les sites répresseurs 1-3. Ceci est dû à la présence de deux nucléotides spécifiques, situé de part et d’autre du site répresseur 1, qui défavorisent la fixation de Lrp sur ce site précis. Tout comme dans le cas de CS31A, la formation d’un complexe, activateur ou répresseur de la phase ON, dépend également de l’action de du régulatuer local FooI, qui favorise alors le déplacement de Lrp des sites répresseurs 1-3 vers les sites activateurs 4-6.

Étude de la variation de phase des fimbriae F1651, Pap et CS31A et de l'impact des régulateurs homologues de PapI

Les Escherichia coli pathogènes extra-intestinaux (ExPEC) sont responsables d’une grande variété de maladies. Plus particulièrement, certaines souches ExPEC, du sous-groupe d’E. coli uropathogènes, sont porteuses de fimbriae de type P. Cette famille d’adhésines est soumise à une régulation transcriptionnelle appelée variation de phase; un mécanisme du tout ou rien. Il s’agit d’une compétition entre deux protéines régulatrices : la Dam méthylase et la nucléoprotéine Lrp. Ce mécanisme est aussi soumis à l’influence des régulateurs locaux PapB et PapI, deux régulateurs essentiels. Afin d’étudier PapI et ses homologues ainsi que leur impact sur la variation de phase des fimbriae F1651, Pap et CS31A. Grâce à une fusion chromosomique entre la région régulatrice de clp et les gènes lacZYA, nous avons étudié l’effet, en trans, de PapI et FooI qui ont pu restaurer la variation de phase avec une forte tendance pour la phase OFF. Pour étudier l’action de ces protéines sur foo et pap, nous avons utilisé un système utilisant gfp comme gène rapporteur de l’activité des promoteurs des opérons pap et foo. Cela a permis d’observer la variation de phase au niveau cellulaire par cytométrie en flux et en temps réel par microscopie à fluorescence. Ces expériences ont confirmé que la population de cellules F1651 positives a un phénotype d’expression de F1651 partielle alors que les cellules Pap sont en majorité en phase OFF. PapI et FooI n’ont pas la même influence sur la variation de phase, puisque FooI favorise une plus grande fréquence de variation de phase.

A genome wide association study of mathematical ability reveals an association at chromosome 3q29, a locus associated with autism and learning difficulties: a preliminary study

Mathematical ability is heritable, but few studies have directly investigated its molecular genetic basis. Here we aimed to identify specific genetic contributions to variation in mathematical ability. We carried out a genome wide association scan using pooled DNA in two groups of U.K. samples, based on end of secondary/high school national academic exam achievement: high (n = 419) versus low (n = 183) mathematical ability while controlling for their verbal ability. Significant differences in allele frequencies between these groups were searched for in 906,600 SNPs using the Affymetrix GeneChip Human Mapping version 6.0 array. After meeting a threshold of p<1.5×10-5, 12 SNPs from the pooled association analysis were individually genotyped in 542 of the participants and analyzed to validate the initial associations (lowest p-value 1.14 ×10-6). In this analysis, one of the SNPs (rs789859) showed significant association after Bonferroni correction, and four (rs10873824, rs4144887, rs12130910 rs2809115) were nominally significant (lowest p-value 3.278 × 10-4). Three of the SNPs of interest are located within, or near to, known genes (FAM43A, SFT2D1, C14orf64). The SNP that showed the strongest association, rs789859, is located in a region on chromosome 3q29 that has been previously linked to learning difficulties and autism. rs789859 lies 1.3 kbp downstream of LSG1, and 700 bp upstream of FAM43A, mapping within the potential promoter/regulatory region of the latter. To our knowledge, this is only the second study to investigate the association of genetic variants with mathematical ability, and it highlights a number of interesting markers for future study.

Mechanisms underlying the long-term regulation of NHE3 by parathyroid hormone

The activity of the Na(+)/H(+) exchanger NHE3 is regulated by a number of factors including parathyroid hormone (PTH). In the current study, we used a renal epithelial cell line, the opossum kidney (OKP) cell, to elucidate the mechanisms underlying the long-term effects of PTH on NHE3 transport activity and expression. We observed that NHE3 activity was reduced 6 h after addition of PTH, and this reduction persisted almost unaltered after 24 h. The decrease in activity was associated with diminished NHE3 cell surface expression at 6, 16, and 24 h after PTH addition, total cellular NHE3 protein at 16 and 24 h, and NHE3 mRNA abundance at 24 h. The lower levels of NHE3 mRNA were associated to a small, but significant, decrease in mRNA stability. Additionally, by analyzing the rat NHE3 gene promoter activity in OKP cells, we verified that the regulatory region spanning the segment -152 to +55 was mildly reduced under the influence of PTH. This effect was completely abolished by the presence of the PKA inhibitor KT 5720. In conclusion, long-term exposure to PTH results in reduction of NHE3 mRNA levels due to a PKA-dependent inhibitory effect on the NHE3 promoter and a small reduction of mRNA half-life, and decrease in the total amount of protein which is preceded by endocytosis of the apical surface NHE3. The decreased NHE3 expression is likely to be responsible for the reduction of sodium, bicarbonate, and fluid reabsorption in the proximal tubule consistently perceived in experimental models of PTH disorders.

Regulation of Catalase-Peroxidase KatG Is OxyR Dependent and Fur Independent in Caulobacter crescentus

Most organisms that grow in the presence of oxygen possess catalases and/or peroxidases, which are necessary for scavenging the H(2)O(2) produced by aerobic metabolism. In this work we investigate the pathways that regulate the Caulobacter crescentus katG gene, encoding the only enzyme with catalase-peroxidase function in this bacterium. The transcriptional start site of the katG gene was determined, showing a short 5` untranslated region. The katG regulatory region was mapped by serial deletions, and the results indicate that there is a single promoter, which is responsible for induction at stationary phase. An oxyR mutant strain was constructed; it showed decreased katG expression, and no KatG protein or catalase-peroxidase activity was detected in stationary-phase cell extracts, implying that OxyR is the main positive regulator of the C. crescentus katG gene. Purified OxyR protein bound to the katG regulatory region between nucleotides -42 and -91 from the transcription start site, as determined by a DNase I footprinting assay, and a canonical OxyR binding site was found in this region. Moreover, OxyR binding was shown to be redox dependent, given that only oxidized proteins bound adjacent to the -35 sequence of the promoter and the katG P1 promoter was activated by OxyR in an H(2)O(2)-dependent manner. On the other hand, this work showed that the iron-responsive regulator Fur does not regulate C. crescentus katG, since a fur mutant strain presented wild-type levels of katG transcription and catalase-peroxidase production and activity, and the purified Fur protein was not able to bind to the katG regulatory region.

SpdR, a Response Regulator Required for Stationary-Phase Induction of Caulobacter crescentus cspD

The cold shock protein (CSP) family includes small polypeptides that are induced upon temperature downshift and stationary phase. The genome of the alphaproteobacterium Caulobacter crescentus encodes four CSPs, with two being induced by cold shock and two at the onset of stationary phase. In order to identify the environmental signals and cell factors that are involved in cspD expression at stationary phase, we have analyzed cspD transcription during growth under several nutrient conditions. The results showed that expression of cspD was affected by the medium composition and was inversely proportional to the growth rate. The maximum levels of expression were decreased in a spoT mutant, indicating that ppGpp may be involved in the signalization for carbon starvation induction of cspD. A Tn5 mutant library was screened for mutants with reduced cspD expression, and 10 clones that showed at least a 50% reduction in expression were identified. Among these, a strain with a transposon insertion into a response regulator of a two-component system showed no induction of cspD at stationary phase. This protein (SpdR) was able to acquire a phosphate group from its cognate histidine kinase, and gel mobility shift assay and DNase I footprinting experiments showed that it binds to an inverted repeat sequence of the cspD regulatory region. A mutated SpdR with a substitution of the conserved aspartyl residue that is the probable phosphorylation site is unable to bind to the cspD regulatory region and to complement the spdR mutant phenotype.