Studium konformační výměny 1.1 segmentu sigma-A podjednotky RNA polymerázy z bakterie Bacillus subtilis

Bc. Dávid Tužinčin

Bachelor's thesis

Study of conformational exchange of 1.1 subregion of sigma-A subunit of RNA polymerase from Bacillus subtilis

Abstract:

Bakteriální RNA polymeráza (RNAP) je nezbytná pro transkripci genů, což je jeden ze základních buněčních procesů, který vyžaduje velmi přesnou regulaci. V té hraje mimo jiné roli i sigma podjednotka, která je nezbytná pro iniciaci transkripce. Její doména 1.1 je oblast zodpovědná za autoinhibici, jež v nepřítomnosti RNAP okupuje kanál vázající DNA. V této práci jsme se zaměrili na sigma 1.1 doménu z bakterie Bacillus subtilis. Srovnání její struktury se dvěma dosud známymi strukturami domén 1.1 z bakterii E. coli a T. maritima ukázalo její podobnost s doménou pocházející z E. coli, avšak zároveň byla u domény 1.1 z B. subtillis zjistěna přítomnost možné konformační výměny, což vedlo k hypotéze, že u domény 1.1 z B. subtilis je v minoritním zastoupení přítomna i struktura obdobná té z T. maritima. Protože detailní popis struktury a dynamiky je ve strukturní biologii zcela zásadní pro pochopení buněčných procesů a stejně tak je nutný i pro praktické účely jako je ku příkladu návrh případných inhibitorů molekulárních procesů fungující následně jako léčiva, tak je nutné uvedenou konformační vyměnu detailne popsat a získat o ní základní kinetické a termodynamické údaje. Zde jsme k tomuto účelu použili metod nukleární magnetické resonance, která je výjmenčná tím, že je schopná popisovat struktutní a dynamické detaily biomolekul s atomarním rozlišením za podmínek, které nejsou drasticky odlišné od fyziologických podmínek. S použitím metody analýzy relaxačních disperzních dat naměrených při teplotách v rozsahu 1-25°C jsme získali detailní informace o typu studované výměny, závislosti její rychlosti na teplotě i zastoupení excitovaneho stavu na teplotě.

Abstract:

Bacterial RNA polymerase (RNAP) is essential for gene transcription, which is one of the basic cellular processes that requires very precise regulation. In this, the sigma subunit, which is essential for transcription initiation, plays a role. Its domain 1.1 is the region responsible for autoinhibition that occupies a DNA binding channel in the absence of RNAP. In this work we focused on the sigma 1.1 domain of Bacillus subtilis. A comparison of its structure with the two previously known E. coli and T. maritima domain 1.1 structures showed its similarity to the E. coli domain, but the presence of a possible conformational exchange was found in B. subtillis 1.1, leading to a hypothesis that in the domain 1.1 of B. subtilis, a structure similar to that of T. maritima is present in the minor representation. Since a detailed description of structure and dynamics is essential in structural biology for understanding cellular processes and is equally necessary for practical purposes such as the design of possible molecular process inhibitors, which subsequently function as drugs, it is necessary to describe this conformational exchange in detail and obtain its basic kinetic and thermodynamic data. Here we have used nuclear magnetic resonance methods, which are unique in that they are capable of describing the structural and dynamic details of biomolecules at atomic resolution under conditions that are not drastically different from physiological conditions. Using the method of analysis of relaxation dispersion data measured at temperatures of 1-25°C, we obtained detailed information about the type of exchange being studied, the dependence of its rate on temperature and the representation of excited state on temperature.

Keywords

NMR, relaxace, sigma, proteinová dynamika, doména 1.1, RNA polymeráza, Bacillus subtillis, CPMG, relaxation, protein dynamics, domain 1.1, RNA polymerase

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 24. 6. 2019
• Supervisor: Mgr. Pavel Kadeřávek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Biochemistry