The effect of the environment on bacterial DNA topology and gene expression.

Abstract

Biological processes in the cell are affected by DNA topology, i. e. by DNA structure and shape. An important topological parameter is the level of supercoiling - additional twisting of DNA is relieved by positive (twisting in the same direction as the helix turns) or negative (twisting in the opposite direction) supercoils. In this Thesis I review the role of supercoiling in gene expression regulation. I describe how supercoiling is involved in homeostatic mechanisms that control the transcriptional output from some genes. Environmental changes such as shifts in temperature, oxidative stress, extreme pH and antibiotics and other inhibitors affect the level of DNA supercoiling. DNA supercoiling then affects the expression of enzymes, which influence DNA topology, as well as some other genes/proteins. In summary, this Thesis describes how changes in the environment influence bacterial DNA topology and gene expression with a brief mention of this type of regulation in eukaryotes.

Biologické procesy v buňce jsou ovlivněny DNA topologií, tedy strukturou a tvarem DNA. Důležitý topologický ukazatel je úroveň nadšroubovicového vinutí DNA - otáčky DNA navíc jsou uvolňovány pozitivními (otáčení po směru otáčení dvoušroubovice) nebo negativními (otáčení v protisměru) nadobrátkami. V této práci se pojednává o úloze nadšroubovicového vinutí v regulaci genové exprese. Popisuji, jaké je uplatnění nadšroubovicového vinutí v homeostatických mechanismech, které ovládají produkci některých genů na úrovni transkripce. Změny prostředí, jako například změny teploty, oxidativní stres, extrémní pH a antibiotika a jiné inhibitory, ovlivňují úroveň nadšroubovicového vinutí DNA. Nadšroubovicové vinutí DNA poté ovlivňuje expresi enzymů, které ovlivňují DNA topologii, a také další geny a proteiny. Shrnuto, tato práce popisuje, jak změny vnějšího prostředí ovlivňuje DNA topologii a genovou expresi u bakterií se stručnou zmínkou této regulace u eukaryot.