A gene regulation mechanism that allows synthesis of two ferredoxin : NADP oxidoreductase isiforms from a single gene in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

A gene regulation mechanism that allows synthesis of two ferredoxin : NADP oxidoreductase isiforms from a single gene in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803

Un mécanisme de régulation génétique permettant la synthèse de deux isoformes de la ferrédoxine : NADP oxydoréductase, à partir d'un seul gène, chez la cyanobactérie Synechocystis sp. PCC 6803

Résumé

Ferredoxin:NADP oxidoreductase (FNR), encoded by the petH gene, provides NADPH for CO2 fixation in photoautotrophic cells and oxidizes NADPH in heterotrophic cells. Whereas there is only one petH gene copy in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803, two FNR isoforms accumulate (FNRL and FNRS). It was proposed that FNRL fulfills functions in linear electron transport while FNRS is involved in cyclic electron transport and respiration. In addition, FNRS was shown to be the product of an internal translation initiation within the FNRL open-reading frame. During my PhD, I revealed the mechanism by which petH translation leads to the accumulation of either one of the FNR isoforms. I showed that each isoform is produced from a specific mRNA; under standard conditions -when FNRL accumulates- two mRNAs carrying similar leaders (32 and 53 bases) are transcribed; while under nitrogen starvation -when FNRS accumulates- an mRNA, carrying a longer leader (126 bases), is transcribed. Transcriptional fusions of the Escherichia coli lac promoter to petH, with different leader sequences, suggest that the translation regulation does not require a specific factor; but rather to a spontaneously occurring secondary structure, adopted by the longer leader. Such a structure could activate FNRS translation initiation and prevent that of FNRL. Toeprinting assays confirmed this hypothesis in vitro; translation initiation complexes locations were mapped to the FNRL initiator codon in the short mRNA and to the FNRS initiator codon in the longer mRNA. Thus we have uncovered a novel gene-regulation mechanism by which two isoforms are produced from a single gene in Synechocystis sp. PCC 6803.
La Ferrédoxine:NADP oxydoréductase (FNR), codée par le gène petH, est une enzyme qui catalyse la production du NADPH dans les cellules photoautotrophes, ainsi que sa consommation dans les cellules hétérotrophes. Alors que le gène petH est unique chez la cyanobactérie Synechocystis sp. PCC6803, deux isoformes de FNR sont synthétisées FNRL et FNRS. Il a été montré que FNRS était le produit d'une initiation de traduction interne dans le même cadre de lecture que FNRL. Durant ma thèse, j'ai découvert un mécanisme grâce auquel un gène peut coder deux isoformes. Tout d'abord, j'ai montré que chaque isoforme pouvait être codée par un transcrit spécifique. En effet, en conditions standards (où FNRL s'accumule) deux ARNm avec des séquences "leader" similaires (32 et 53 bases) sont transcrits alors qu'en conditions de carence en azote (où FNRS s'accumule) un ARNm portant une séquence "leader" plus longue (126 bases) est transcrit. Des fusions transcriptionnelles du promoteur lac de Escherichia coli avec les différentes régions transcrites de petH, nous ont montré que cette régulation pourrait être accomplie par des structures secondaires adoptées par la région leader des ARNm. De telles structures pouvant activer l'initiation de traduction de FNRS et inhiber celle de FNRL. La cartographie des complexes d'initiation de traduction montre que dans l'ARNm le plus long le complexe se trouve dans la région initiatrice de FNRL, alors que dans les ARNm plus courts celui-ci est localisé dans la région initiatrice de FNRS. Ainsi, nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme de régulation génétique chez Synechocystis permettant la synthèse de deux isoformes à partir d'un seul gène.
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Dates et versions

tel-00834306 , version 1 (14-06-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00834306 , version 1

Citer

Amin Nasser. A gene regulation mechanism that allows synthesis of two ferredoxin : NADP oxidoreductase isiforms from a single gene in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. Microbiology and Parasitology. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. English. ⟨NNT : 2012PAO66259⟩. ⟨tel-00834306⟩
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