In this work, dRNA-seq (differential RNA sequencing) and RNAtag-seq were applied to first define the global transcriptome architecture of C. difficile, followed by Hfq RIP-seq (RNA immunoprecipitation followed by RNA-seq) and RIL-seq (RNA interaction by ligation and sequencing) to characterize the Hfq-mediated sRNA interactome on a transcriptome-wide scale. These approaches resulted in the annotation of > 60 novel sRNAs. Notably, it not only revealed 50 Hfq-bound sRNAs, but also > 1000 mRNA-sRNA interactions, confirming Hfq as a global RNA matchmaker in C. difficile. Similar to its function in Gram-negative species, deletion of Hfq resulted in decreased sRNA half-lives, providing evidence that Hfq affects sRNA stability in C. difficile. Finally, several sRNAs and their function in various infection relevant conditions were characterized. The sRNA nc085 directly interacts with the two-component response regulator eutV, resulting in regulation of ethanolamine utilization, an abundant intestinal carbon and nitrogen source known to impact C. difficile pathogenicity. Meanwhile, SpoY and SpoX regulate translation of the master regulator of sporulation spo0A in vivo, thereby affecting sporulation initiation. Furthermore, SpoY and SpoX deletion significantly impacts C. difficile gut colonization and spore burden in a mouse model of C. difficile infection. / Der anaerobe Gram-positive humanpathogene Erreger Clostridioides difficile (C. difficile) gilt als Hauptursache für nosokomiale Antibiotika-assoziierte Diarrhöe. Verschiedene Virulenzfaktoren und -eigenschaften beeinflussen das Fortschreiten und den Schweregrad der Krankheit, darunter Toxinexpression und Sporenbildung. Kleine regulatorische RNAs (sRNAs) sind bekannte post- transkriptionelle Regulatoren von Virulenz- und Stress-assoziierten Stoffwechselwegen in vielen pathogenen Bakterien. In Gram-negativen Arten wird sRNA-abhängige post-transkriptionelle Regulierung häufig durch das RNA-Chaperon Hfq vermittelt, welches die sRNA-mRNA- Basenpaarung erleichtert. Trotz ihrer Bedeutung in Gram-negativen Bakterien ist vergleichsweise wenig über die verschiedenen Aspekte der post-transkriptionellen Regulation in Gram-positiven Arten bekannt. Erste Daten deuten auf eine wichtige Funktion von Hfq bei der Regulierung verschiedener infektionsassoziierter Signalwege in C. difficile hin, sowie auf die Existenz eines umfangreichen post-transkriptionellen Netzwerks. Eine globale Identifizierung von Hfq- assoziierten RNAs und deren Einfluss auf die Virulenz von und Kolonisierung durch C. difficile ist jedoch bisher noch nicht erfolgt. In dieser Arbeit wurde dRNA-seq (differentielle RNA-Sequenzierung) und RNAtag-seq angewandt, um zunächst die globale Transkriptom-Architektur von C. difficile zu definieren. Anschließend wurde Hfq RIP-seq (RNA-Immunpräzipitation gefolgt von RNA-seq) und RIL-seq (RNA-Interaktion durch Ligation und Sequenzierung) durchgeführt, um das Hfq-vermittelte sRNA-Interaktom auf globaler Ebene zu charakterisieren. Diese Ansätze führten zur Annotation von > 60 neuen sRNAs. Darüber hinaus wurden 50 Hfq-gebundene sRNAs, sowie > 1000 mRNA- sRNA-Interaktionen identifiziert, wodurch Hfq als globaler RNA-Matchmaker in C. difficile bestätigt wurde. Analog zu seiner Funktion in Gram-negativen Arten, führte die Deletion von Hfq zu verringerten sRNA-Halbwertszeiten, was darauf hindeutet, dass Hfq die sRNA-Stabilität in C. difficile beeinflusst. Schließlich wurden mehrere sRNAs und ihre Funktion unter verschiedenen infektionsrelevanten Bedingungen charakterisiert. Die sRNA nc085 interagiert direkt mit dem Zweikomponenten-Regulator eutV, was zu einer Regulierung der Ethanolaminverwertung führt. Als häufig vorkommenden Kohlenstoff- und Stickstoffquelle im Darm, kann Ethanolamin die Pathogenität von C. difficile beeinflussen. SpoY und SpoX regulieren dagegen die Translation des Hauptregulators der Sporulation spo0A in vivo und damit die Sporulationsinitiation. Darüber hinaus hat die Deletion von SpoY und SpoX signifikante Auswirkungen auf die Besiedlung des Darms mit C. difficile sowie die Sporenbelastung in einem Mausmodell der C. difficile-Infektion. Insgesamt liefert diese Arbeit Beweise für eine umfassende Hfq-abhängige post-transkriptionelle Regulierung, die die Physiologie und Virulenz eines Gram-positiven Erregers beeinflusst. Auch wenn mit dieser Arbeit die Charakterisierung der sRNA-vermittelten Regulation in C. difficile gerade erst begonnen hat, können die RIL-seq-Daten als Grundlage für zukünftige mechanistische Studien der RNA-basierten Genregulation in C. difficile herangezogen werden.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:34598 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Fuchs, Manuela |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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