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Artikelaktionen

Schwerpunkte der wissenschaftlichen Arbeit:

- Kleine regulatorische RNAs in Rhizobien

- RNA Prozessierung in Alphaproteobakterien

- Das archaeale Exosom: ein RNA prozessierender Proteinkomplex

 

 

 

Projekte

 

Kleine regulatorische RNAs in Rhizobien

Während die Funktionen der rRNA, tRNA und mRNA in der Proteinbiosynthese seit langem bekannt sind, ist die Bedeutung der kleinen nicht-kodierenden RNAs (sRNAs) bei der Regulation vieler Prozesse in der Zelle erst in den letzten Jahren deutlich geworden. Im Rahmen des Projektes werden sRNAs aus landwirtschaftlich bedeutenden Knöllchenbakterien, Rhizobien, untersucht. Als Modellorganismen dienen Sinorhizobium meliloti und Bradyrhizobium japonicum, die in Symbiose mit Leguminosenpflanzen molekularen Stickstoff fixieren. Wir analysieren die Expressionsprofile, die physiologische Funktion und die Wirkungsmechanismen von sRNAs, die durch Computeranalysen vorhergesagt wurden oder durch direkte RNA Sequenzierung detektiert wurden.

sRNAs in Bjap

 

Techniken:

Kultivierung von Rhizobien; RNA Isolierung; Northern Blot; Bestimmung von 5’-Enden von RNA-Molekülen durch Primer Extension Analyse; Bestimmung von 3’-Enden von RNA-Molekülen durch RNA Protection Analyse; in vitro Transkription und in vitro Abbau von RNA; Klonierung, Isolierung und Charakterisierung von rekombinanten Proteinen.

 

Publikationen:

 

Madhugiri, R., Pessi, G., Voss, B., Hahn, J., Sharma, C.M, Reinhardt, R., Vogel., J., Hess, W.R., Fischer, H.-M., Evguenieva-Hackenberg E. (2012) Small RNAs of the Bradyrhizobium/ Rhodopseudomonas lineage and their analysis. RNA Biol. 9 (1): 47-58.

Schlüter, J.-P., Reinkensmeier, J., Daschkey, S., Evguenieva-Hackenberg, E., Janssen, S., Jänicke, S., Becker, J. D., Giegerich, R., Anke Becker, A. (2010) A genome-wide survey of sRNAs in the symbiotic nitrogen-fixing alpha-proteobacterium Sinorhizobium meliloti BMC Genomics 11(1):245.

Voss, B., Hölscher, M., Baumgarth, B., Kalbfleisch, A., Kaya, C., Hess, W.R., Becker, A., Evguenieva-Hackenberg, E. (2009) Expression of small RNAs in Rhizobiales and protection of a small RNA and its degradation products by Hfq in Sinorhizobium meliloti. Biochem. Biophys. Res. Commun. 390: 331-336.

Madhugiri, R., Evguenieva-Hackenberg E. (2009) RNase J is involved in the 5'-end maturation of 16S rRNA and 23S rRNA in Sinorhizobium meliloti. FEBS Lett. 583: 2339-2342.

 

RNA Prozessierung in Alphaproteobakterien

mRNA degradation mechanisms

Die meisten RNA Moleküle werden in der Zelle als längere Vorläufer transkribiert und müssen durch Ribonukleasen und RNA-modifizierende Enzyme in ihre reife Form umgewandelt werden. Grundsätzlich wird ribosomale RNA (rRNA) und transfer RNA (tRNA) prozessiert, bevor sie funktionsfähig ist. Im Gegensatz dazu ist eine Prozessierung für die Funktion bakterieller messenger RNA (mRNA) nicht notwendig, trägt aber im Rahmen eines geordneten mRNA-Abbaus durch Ribonukleasen zur post-transkriptionalen Regulation der Genexpression bei.

Wir beschäftigen uns mit der Rolle der Ribonukleasen E und J in Sinorhizobium meliloti, dem Stickstoff-fixierenden Symbiont der Luzerne. Die Endoribonuklease E ist essentiell in Escherichia coli, wo sie einen mit der Membran assoziierten Multiproteinkomplex (Degradosom) organisiert. RNase J wurde zuerst in Bacillus subtilis als die erste bakterielle 5‘-3‘-Exoribonuklease beschrieben. RNase J weist auch endoribonukleolytische Aktivität mit RNase E-ähnlicher Spezifität auf. Im Gegensatz zu E. coli und B. subtilis beinhaltet S. meliloti beide RNasen. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass RNase J und RNase E sowohl gemeinsame als auch spezifische Funktionen in der Zelle ausüben. Zum Beispiel haben beide RNasen eine Bedeutung für die Regulation von Quorum Sensing in S. meliloti, während RNase J für Ausbildung der reifen 5‘-Enden bei rRNA unentbehrlich ist.

Die rRNA Prozesierung in Rhizobien ist auch ein Schwerpunkt unserer Arbeit. In diesen landwirtschaftlich bedeutenden Knöllchenbakterien liegt die 23S rRNA nicht als ein Molekül vor, sondern wird in Fragmente gespalten. Interessanterweise entspricht das 5’-Fragment der eukaryontischen 5.8S rRNA. An der Reifung der bakteriellen 5.8S-ähnlichen rRNA sind RNase III, RNase E und RNase J beteiligt. Damit ist die Untersuchung der rRNA Reifung noch lange nicht beendet. Die physiologische Bedeutung der rRNA Fragmenierung ist auch nicht aufgeklärt. Es wird vermutet, dass der Sinn in der Erleichterung des rRNA-Abbaus liegt, der den Bakterien unter bestimmten Umweltbedingungen Selektionsvorteile bringt.

 

Techniken:

Kultivierung von Rhizobien; RNA Isolierung; Northern Blot; Bestimmung von 5’-Enden von RNA-Molekülen durch Primer Extension Analyse; Bestimmung von 3’-Enden von RNA-Molekülen durch RNA Protection Analyse; in vitro Transkription und in vitro Abbau von RNA; Klonierung, Isolierung und Charakterisierung von rekombinanten Proteinen.

 

Publikationen:

 

Baumgardt, K., Charoenpanich, P., Schikora, A., Stein, E., Thalmann, S., Kogel, K.-H., Klug, G., Becker, A., Evguenieva-Hackenberg, E. (2014) RNase E affects the expression of the acyl-homoserine lactone synthase gene sinI in Sinorhizobium meliloti. J. Bacteriol. 196: 1435-1447.

Evguenieva-Hackenberg, E., Klug, G. (2011) New aspects of RNA processing in prokaryotes. Curr. Opin. Microbiol. 14: 587-592. Review.

Madhugiri, R., Evguenieva-Hackenberg E. (2009) RNase J is involved in the 5'-end maturation of 16S rRNA and 23S rRNA in Sinorhizobium meliloti. FEBS Lett. 583: 2339-2342.

Evguenieva-Hackenberg, E. and Klug, G. (2009) RNA degradation in Archaea and Gram-negative bacteria different from Escherichia coli. Progress in Molecular Biology and Translational Science 85: 275-317.

Purusharth, R.I., Klein, F., Sulthana, S., Jager, S., Jagannadham, M.V., Evguenieva-Hackenberg, E., Ray, M.K., Klug, G. (2005) Exoribonuclease R interacts with endoribonuclease E and an RNA helicase in the psychrotrophic bacterium Pseudomonas syringae Lz4W. J. Biol. Chem. 280: 14572-14578

Evguenieva-Hackenberg, E. (2005) RNA-degradierende Proteinkomplexe. Biospektrum Sonderheft 526-527

Evguenieva-Hackenberg, E. (2005) Bacterial ribosomal RNA in pieces. Mol. Microbiol. 57(2):318-325

Jäger, S., Evguenieva-Hackenberg, E., Klug, G. (2004) Temperature dependent processing of the cspA mRNA in Rhodobacter capsulatus. Microbiology 150: 687-695

Klein, F., Evguenieva-Hackenberg E. (2002) RNase E is involved in 5'-end 23S rRNA processing in a-Proteobacteria. Biochem. Biophys. Res. Commun. 299: 780-786

Klein, F., Samorski, R., Klug, G, Evguenieva-Hackenberg, E. (2002) Atypical processing in domain III of 23S rRNA of Rhizobium leguminosarum ATCC 10004 at a position homologous to an rRNA fragmentation site in protozoa. J. Bacteriol. 184: 3176-3185

Conrad, C., Evguenieva-Hackenberg E., Klug, G. (2001) Both N-terminal catalytic and C-terminal RNA binding domain contribute to substrate specificity and cleavage site selection of RNase III. FEBS Lett. 509:53-58

Evguenieva-Hackenberg E., Klug, G. (2000) RNase III processing of intervening sequences found in helix 9 of 23S rRNA in the alpha subclass of Proteobacteria. J. Bacteriol. 182: 4719-4729

Heck, C., Evguenieva-Hackenberg, E., Balzer, A., Klug, G. (1999) RNase E enzymes from Rhodobacter capsulatus and Escherichia coli differ in context- and sequence-dependent in vivo-cleavage within the polycistronic puf mRNA. J. Bacteriol. 181: 7621-7625.

Selenska-Pobell, S., Döring, H., Evguenieva-Hackenberg, E. (1997) Unusual organization of the 23S rRNA genes in the Rhizobiaceae. Soil Biol. Biochem. 29: 905-909

Selenska-Pobell, S., Evguenieva-Hackenberg, E., Radeva, G., Squartini, A. (1996) Characterization of Rhizobium `hedysari` by RFLP analysis of PCR amplified DNA and by genomic PCR fingerprinting. J. Appl. Bacteriol. 80: 517-528

Evguenieva-Hackenberg, E., Selenska-Pobell, S. (1995) Variability of the 5'-end of the large subunit rDNA and presence of a new short class of rRNA in Rhizobiaceae. Lett. Appl. Microbiol. 21: 402-405.

Selenska-Pobell, S., Evguenieva-Hackenberg, E. (1995) Fragmentation of the large-subunit rDNA in the family Rhizobiaceae. J. Bacteriol. 177: 6993-6998

 

 

Das archaeale Exosom: ein RNA prozessierender Proteinkomplex

exosome

Zu Archaea, der dritten Domäne des Lebens, gehören Prokaryonten, die phylogenetisch näher mit Eukarya als mit Bacteria verwandt sind. Viele Archaea sind extremophil und werden intensiv erforscht. Während die RNA-Prozessierung und –Abbau in Bacteria und Eukarya bereits intensiv untersucht wurde, ist wenig darüber in Archaea bekannt.

Wir beschäftigen uns mit dem Exosom aus dem hyperthermophilen und acidophilen Archaeon Sulfolobus solfataricus. Das archaeale Exosom ist ein Proteinkomplex, der RNA phosphorolytisch abbauen kann, und ist zudem an der post-transkriptionalen Verlängerung von RNA beteiligt. Im Rahmen des Projektes wird die zelluläre Lokalisation des Exosoms untersucht und seine Funktionen werden in vivo analysiert. Darüber hinaus möchten wir die Mechanismen für Selektion, Prozessierung und Abbau unterschiedlicher RNA-Substrate durch das Exosom aufklären.

 

Techniken:

in vitro Transkription; in vitro Markierung von RNA; in vitro Tests mit markierten RNA-Molekülen und rekombinanten Proteinen und Proteinkomplexen (Degradation und Polyadenylierung); Northern Blot; Kultivierung von thermoacidophilen Archaea (S. solfataricus); Aufreinigung und Analyse von nativen Proteinkomplexen; Coimmunopräzipitation; Fraktionierung von Zellextrakten durch Ultrazentrifugation; Western Blot; Klonierung, Isolierung und Charakterisierung von rekombinanten Proteinen und Proteinkomplexen.

 

Publikationen:


Evguenieva-Hackenberg, E., Hou, L., Glaeser, S., Klug, G. (2014) Structure and function of the archaeal exosome. WIREs RNA, in press.

Hou L, Klug G, Evguenieva-Hackenberg E. (2013) The archaeal DnaG protein needs Csl4 for binding to the exosome and enhances its interaction with adenine-rich RNAs. RNA Biol. 10(3): 415-424.

Evguenieva-Hackenberg E, Bläsi U (2013) Attack from both ends: mRNA degradation in the crenarchaeon Sulfolobus solfataricus. Biochem Soc Trans. 41: 379-383.

Witharana, C., Roppelt, V., Lochnit, G., Klug, G., Evguenieva-Hackenberg E. (2012) Heterogeneous complexes of the RNA exosome in Sulfolobus solfataricus. Biochimie 94: 1578-1587.

Evguenieva-Hackenberg, E., Roppelt, V., Lassek, C., Klug. G. (2011) Subcellular localization of RNA degrading proteins and protein complexes in prokaryotes. RNA Biol. 8, 49-54.

Roppelt, V., Klug, G., Evguenieva-Hackenberg, E. (2010) The evolutionarily conserved subunits Rrp4 and Csl4 confer different substrate specificities to the archaeal exosome. FEBS Lett. 584: 2931-2936.

Roppelt, V., Hobel, C., Albers, S. V., Lassek, C., Schwarz, H., Klug, G., Evguenieva-Hackenberg, E. (2010) The archaeal exosome localizes to the membrane. FEBS Lett. 584:2791-2795.

Evguenieva-Hackenberg, E. (2010) The archaeal exosome. In: Exosome. Edited by Jensen T.H., Landes Bioscience.

Evguenieva-Hackenberg, E. and Klug, G. (2009) RNA degradation in the Archaea. Progress in Molecular Biology and Translational Science 85: 275-317.

Evguenieva-Hackenberg, E., Roppelt, V., Finsterseifer, P., and Klug, G. (2008) Rrp4 and Csl4 are needed for efficient degradation but not for polyadenylation of synthetic and natural RNA by the archaeal exosome. Biochemistry 47: 13158-13168.

Evguenieva-Hackenberg, E., Wagner, S., Klug, G. (2008) In vivo and in vitro studies on RNA degrading activities in Archaea. Methods of Enzymology 447: 381-416.

Klug, G., Evguenieva-Hackenberg, E., Omer ,A.D. , Dennis, P.P. and Marchfelder, A. (2007) RNA processing. In: Archaea: Molecular and Cellular Biology. Edited by Cavicchioli, R., ASM press, Washington, D.C.

Walter, P., Klein, F., Lorentzen, E., Ilchmann, A,. Klug, G., Evguenieva-Hackenberg, E. (2006). Characterisation of native and reconstituted exosome complexes from the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus. Mol. Microbiol. 62: 1076-1089

Evguenieva-Hackenberg, E. (2005) RNA-degradierende Proteinkomplexe. Biospektrum Sonderheft 526-527

Portnoy, V., Evguenieva-Hackenberg, E., Klein, F., Walter, P., Lorentzen, E., Klug, G., Schuster, G. (2005) RNA polyadenylation in Archaea: not observed in Haloferax while the exosome polynucleotidylates RNA in Sulfolobus. EMBO reports 6: 1188-119

Lorentzen, E., Walter, P., Fribourg, S., Evguenieva-Hackenberg, E., Klug, G., Conti, E. (2005) The archaeal exosome core is a hexameric ring structure with three catalytic subunits. Nat. Struct. Mol. Biol. 12: 575-581

Evguenieva-Hackenberg, E., Walter, P., Hochleitner, E., Lottspeich, F., Klug, G. (2003) An exosome-like complex in Sulfolobus solfataricus. EMBO reports 4: 889-893