Interaction of nucleic acids with RNA polymerase

Abstract

Regulace genové exprese RNA polymerázou (RNAP) je nezbytnou schopností živých organizmů, která v konečném důsledku umožňuje jejich přežití. Interakce RNAP s nukleovými kyselinami (DNA nebo RNA) je pro transkripci a její regulaci rozhodující. Tato doktorská práce se zabývá dvěma projekty adresovanými k interakci RNAP s nukleovými kyselinami: (i) Transkripcí modifikovaných DNA templátů a (ii) Ms1, malou RNA, v M. smegmatis. (i) Zkoumali jsme vliv modifikací v malém žlábku DNA na bakteriální transkripci in vitro. Zjistili jsme, že transkripce modifikovaných DNA templátů je ovlivněna ve fázi iniciace transkripce a efekt modifikací je závislý na sekvenci promotoru. Dále jsme úspěšně provedli zapnutí a vypnutí transkripce in vitro pomocí bioortogonálních reakcí. Regulace transkripce pomocí umělých modifikací DNA má budoucnost v biotechnologiích a/nebo v medicíně. (ii) Dalšími regulátory genové exprese jsou malé nekódující RNA. Tuto důležitou roli mají tyto molekuly jak v prokaryotech, tak v eukaryotech. Ms1 je malá RNA nalezená v mykobakteriích tvořící komplex s jádrem RNAP. Ms1 se v buňkách nachází ve velkém množství ve stacionární fázi (množství Ms1 je porovnatelné s ribozomální RNA). Zkoumali jsme její syntézu a degradaci v M. smegmatis a došli jsme k závěru, že vysoké množství Ms1 ve stacionární fázi...

Regulation of gene expression by RNA polymerase (RNAP) is an essential ability of living organisms, required for their adaption to a changing environment and ultimately enabling their survival. Interaction of RNAP with ribonucleic acids (DNA or RNA) is crucial for transcription and its regulation. This Doctoral Thesis contains two projects addressing interactions of RNAP with nucleic acids: (i) Transcription of modified DNA templates and (ii) Ms1, a small RNA (sRNA) from M. smegmatis. (i) We investigated the influence of modifications in the major groove of DNA on bacterial transcription in vitro. We found out that transcription of modified DNA templates is influenced on the transcription initiation level and that the promoter sequence is important for the effect of the modifications. Furthermore, we successfully performed transcription switch ON and OFF in vitro by bioorthogonal reactions. This regulation of transcription by artificial DNA modifications has a future in biotechnologies and/or medical therapy. (ii) Regulators of transcription are also small non-coding RNAs. These molecules have an important role in gene expression regulation among prokaryotes and eukaryotes. Ms1 is an sRNA found in mycobacteria. It makes a complex with the RNAP core and it is abundant in stationary phase (in amounts...