TY  - THES
A1  - Alzheimer, Mona
T1  - Development of tissue-engineered three-dimensional infection models to study pathogenesis of \(Campylobacter\) \(jejuni\)
T1  - Entwicklung dreidimensionaler Infektionsmodelle basierend auf Gewebezüchtung zur Erforschung der Pathogenese von \(Campylobacter\) \(jejuni\)
N2  - Infectious diseases caused by pathogenic microorganisms are one of the largest socioeconomic burdens today. Although infectious diseases have been studied for decades, in numerous cases, the precise mechanisms involved in the multifaceted interaction between pathogen and host continue to be elusive. Thus, it still remains a challenge for researchers worldwide to develop novel strategies to investigate the molecular context of infectious diseases in order to devise preventive or at least anti-infective measures. One of the major drawbacks in trying to obtain in-depth knowledge of how bacterial pathogens elicit disease is the lack of suitable infection models to authentically mimic the disease progression in humans. Numerous studies rely on animal models to emulate the complex temporal interactions between host and pathogen occurring in humans. While they have greatly contributed to shed light on these interactions, they require high maintenance costs, are afflicted with ethical drawbacks, and are not always predictive for the infection outcome in human patients. Alternatively, in-vitro two-dimensional (2D) cell culture systems have served for decades as representatives of human host environments to study infectious diseases. These cell line-based models have been essential in uncovering virulence-determining factors of diverse pathogens as well as host defense mechanisms upon infection. However, they lack the morphological and cellular complexity of intact human tissues, limiting the insights than can be gained from studying host-pathogen interactions in these systems. 
The focus of this thesis was to establish and innovate intestinal human cell culture models to obtain in-vitro reconstructed three-dimensional (3D) tissue that can faithfully mimic pathogenesis-determining processes of the zoonotic bacterium Campylobacter jejuni (C. jejuni). Generally employed for reconstructive medicine, the field of tissue engineering provides excellent tools to generate organ-specific cell culture models in vitro, realistically recapitulating the distinctive architecture of human tissues. The models employed in this thesis are based on decellularized extracellular matrix (ECM) scaffolds of porcine intestinal origin. Reseeded with intestinal human cells, application of dynamic culture conditions promoted the formation of a highly polarized mucosal epithelium maintained by functional tight and adherens junctions. While most other in-vitro infection systems are limited to a flat monolayer, the tissue models developed in this thesis can display the characteristic 3D villi and crypt structure of human small intestine. 
First, experimental conditions were established for infection of a previously developed, statically cultivated intestinal tissue model with C. jejuni. This included successful isolation of bacterial colony forming units (CFUs), measurement of epithelial barrier function, as well as immunohistochemical and histological staining techniques. In this way, it became possible to follow the number of viable bacteria during the infection process as well as their translocation over the polarized epithelium of the tissue model. Upon infection with C. jejuni, disruption of tight and adherens junctions could be observed via confocal microscopy and permeability measurements of the epithelial barrier. Moreover, C. jejuni wildtype-specific colonization and barrier disruption became apparent in addition to niche-dependent bacterial localization within the 3D microarchitecture of the tissue model. Pathogenesis-related phenotypes of C. jejuni mutant strains in the 3D host environment deviated from those obtained with conventional in-vitro 2D monolayers but mimicked observations made in vivo. Furthermore, a genome-wide screen of a C. jejuni mutant library revealed significant differences for bacterial factors required or dispensable for interactions with unpolarized host cells or the highly prismatic epithelium provided by the intestinal tissue model. Elucidating the role of several previously uncharacterized factors specifically important for efficient colonization of a 3D human environment, promises to be an intriguing task for future research. 
At the frontline of the defense against invading pathogens is the protective, viscoelastic mucus layer overlying mucosal surfaces along the human gastrointestinal tract (GIT). The development of a mucus-producing 3D tissue model in this thesis was a vital step towards gaining a deeper understanding of the interdependency between bacterial pathogens and host-site specific mucins. The presence of a mucus layer conferred C. jejuni wildtype-specific protection against epithelial barrier disruption by the pathogen and prevented a high bacterial burden during the course of infection. Moreover, results obtained in this thesis provide evidence in vitro that the characteristic corkscrew morphology of C. jejuni indeed grants a distinct advantage in colonizing mucous surfaces. 
Overall, the results obtained within this thesis highlight the strength of the tissue models to combine crucial features of native human intestine into accessible in-vitro infection models. Translation of these systems into infection research demonstrated their ability to expose in-vivo like infection outcomes. While displaying complex organotypic architecture and highly prismatic cellular morphology, these tissue models still represent an imperfect reflection of human tissue. Future advancements towards inclusion of human primary and immune cells will strive for even more comprehensive model systems exhibiting intricate multicellular networks of in-vivo tissue. Nevertheless, the work presented in this thesis emphasizes the necessity to investigate host-pathogen interactions in infection models authentically mimicking the natural host environment, as they remain among the most vital parts in understanding and counteracting infectious diseases.
N2  - In der heutigen Zeit tragen insbesondere durch pathogene Mikroorganismen ausgelöste Infektionskrankheiten zur sozioökonomischen Belastung bei. Obwohl bereits jahrzehntelang an der Entstehung von Infektionskrankheiten geforscht wird, bleiben in zahlreichen Fällen die genauen Mechanismen, welche an den vielfältigen Interaktionen zwischen Pathogen und Wirt beteiligt sind, unbeschrieben. Gerade deshalb bleibt es für Wissenschaftler weltweit eine Herausforderung, neue Strategien zur Untersuchung des molekularen Kontexts von Infektionskrankheiten zu entwickeln, um präventive oder zumindest anti-infektive Maßnahmen ergreifen zu können. In den meisten Fällen ist jedoch das Fehlen geeigneter Infektionsmodelle, mit denen der Krankheitsverlauf im Menschen authentisch nachgestellt werden kann, eines der größten Hindernisse um detailliertes Wissen darüber gewinnen zu können wie bakterielle Pathogene die Krankheit auslösen. 
Zahlreiche Studien sind dabei auf Tiermodelle angewiesen, um die komplexen zeitlichen Abläufe zwischen Wirt und Pathogen im menschlichen Körper nachzuahmen. Während diese Modelle in hohem Maß dazu beigetragen haben, Aufschluss über diese Abläufe zu geben, sind sie doch sehr kostenintensiv, mit ethischen Bedenken behaftet und können nicht immer die Folgen einer Infektion im menschlichen Patienten vorhersagen. Seit Jahrzehnten werden daher alternativ in-vitro 2D Zellkultursysteme eingesetzt, um den Verlauf von Infektionskrankheiten zu erforschen, welche die Bedingungen im menschlichen Wirt wiederspiegeln sollen. Diese auf Zelllinien basierenden Modelle sind essentiell in der Entdeckung von Virulenzfaktoren diverser Pathogene, aber auch in der Aufklärung von wirtsspezifischen Abwehrmechanismen. Dennoch fehlt ihnen die morphologische und zelluläre Komplexität von intaktem menschlichen Gewebe. Dadurch sind die Erkenntnisse, die mit diesen Systemen über Infektionsverläufe gewonnen werden können, limitiert. 
Die vorgelegte Arbeit konzentriert sich auf die Etablierung und Weiterentwicklung intestinaler, humaner Zellkulturmodelle, um dreidimensionales Gewebe in vitro zu rekonstruieren mit dem Ziel, Pathogenese-beeinflussende Prozesse des zoonotischen Bakteriums C. jejuni nachzustellen. Das Fachgebiet der Gewebezüchtung wird üblicherweise für rekonstruktive Medizin eingesetzt und bietet exzellente Mittel zur in-vitro Herstellung organspezifischer Zellkulturmodelle, welche die unverkennbare Mikroarchitektur humanen Gewebes realistisch nachempfinden können. Die in dieser Arbeit verwendeten Modelle basieren auf einem extrazellulären Matrixgerüst, das aus der Dezellularisierung von Schweinedarm gewonnen wurde. Durch die Wiederbesiedelung mit human Kolonzellen und der Kultivierung unter dynamischen Bedingungen entwickelte sich ein hochpolarisiertes mucosales Epithel, das durch funktionale Zell-Zell-Kontakte (tight und adherens junctions) aufrechterhalten wird. Während andere in-vitro Infektionssysteme meist durch die Präsenz einer flachen Zellschicht limitiert werden, entwickelt das in dieser Arbeit eingeführte Gewebemodell die für den menschlichen Dünndarm charakteristische Architektur aus Villi und Krypten. 
Zunächst wurden experimentelle Bedingungen für die Infektion eines zuvor entwickelten, statisch kultivierten Dünndarmmodells mit C. jejuni etabliert. Dies beinhaltete die erfolgreiche Isolierung koloniebildender Einheiten, die Messung der epithelialen Barrierefunktion, sowie immunhistochemische und histologische Färbetechniken. Dadurch konnte die Anzahl der Bakterien sowie deren Translokalisierung über das polarisierte Epithel während des Infektionsprozesses nachvollzogen werden. Außerdem konnte die Beeinträchtigung von Zell-Zell-Kontakten durch konfokale Mikroskopie und Permeabilitätsmessungen der epithelialen Barriere beobachtet werden. Neben der Bestimmung der Kolonisierungsrate von C. jejuni Isolaten und der dadurch hervorgerufenen spezifischen Zerstörung der epithelialen Barriere konnten die Bakterien auch innerhalb der 3D Mikroarchitektur des Gewebemodells lokalisiert werden. Außerdem konnte im Rahmen der 3D Gewebeumgebung beobachtet werden, dass Pathogenese-relevante Phänotypen von C. jejuni Mutantenstämmen im Vergleich zu konventionellen in-vitro 2D Zellschichten abwichen, diese aber dafür mit den in-vivo gemachten Beobachtungen übereinstimmten. Darüber hinaus wies die genomweite Suche einer C. jejuni Mutantenbibliothek signifikante Unterschiede zwischen bakteriellen Faktoren, die für die Interaktion mit nicht polarisierten Wirtszellen oder dem hochprismatischen Epithel des Gewebemodells bedeutsam oder entbehrlich waren, auf. Die Aufklärung der Funktion einiger bisher nicht charakterisierter Faktoren, die zu einer effizienten Kolonisierung menschlichen Gewebes beitragen, verspricht eine faszinierende Aufgabe für die zukünftige Forschung zu werden.
Die vorderste Verteidigungslinie gegen eindringende Pathogene bildet die schützende, viskoelastische Mukusschicht, die mukosale Oberflächen entlang des menschlichen Gastrointestinaltrakts überzieht. Mit der Entwicklung eines mukusproduzierenden Gewebemodells in der hier vorgelegten Arbeit gelang ein entscheidender Schritt zur Erforschung der Wechselbeziehungen zwischen bakteriellen Pathogenen und wirtsspezifischen Muzinen. Während des Infektionsverlaufs wurde das unterliegende Epithel durch die Anwesenheit der Mukusschicht vor der Zerstörung durch die Mikroben geschützt und eine erhöhte bakterielle Belastung verhindert. Darüber hinaus liefern die Resultate dieser Arbeit einen in-vitro Nachweis für den bakteriellen Vorteil einer spiralförmigen Morphologie, um muköse Oberflächen zu besiedeln. 
Zusammenfassend unterstreicht diese Arbeit das Potential der hier entwickelten Gewebemodelle, entscheidende Eigenschaften des menschlichen Darms in einem leicht zugänglichen in-vitro Infektionsmodell zu vereinigen. Der Einsatz dieser Modelle im Rahmen der Infektionsforschung bewies deren Fähigkeit in-vivo beobachtete Infektionsverläufe widerzuspiegeln. Während diese Infektionsmodelle bereits organotypische Architektur und hochprismatische Zellmorphologie aufweisen, ist ihre Darstellung von menschlichem Gewebe noch nicht perfekt. Durch den Einsatz von humanen Primär- und Immunzellen wird es in Zukunft möglich sein, noch umfassendere Modellsysteme zu entwickeln, die komplexe multizelluläre Netzwerke von in-vivo Geweben aufweisen. Nichtsdestotrotz verdeutlicht die hier vorgelegte Arbeit wie wichtig es ist, die Interaktionen zwischen Wirt und Pathogen innerhalb von Infektionsmodellen zu erforschen, welche die natürliche Wirtsumgebung wiedergeben. Dies spielt eine entscheidende Rolle, um die Entstehung von Infektionskrankheiten nachvollziehen und ihnen entgegenwirken zu können.
KW  - Campylobacter jejuni
KW  - Tissue Engineering
KW  - Small RNA
KW  - 3D tissue model
KW  - Bacterial infection
KW  - 3D Gewebemodelle
KW  - Bakterielle Infektion
KW  - 3D cell culture
KW  - Infection models
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193440
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fiore, Elisabetta
T1  - Global mapping of pseudouridine in the transcriptomes of \(Campylobacter\) \(jejuni\) and \(Helicobacter\) \(pylori\) and functional characterization of pseudouridine synthases
T1  - Globale Kartierung von Pseudouridin in den Transkriptomen von \(Campylobacter\) \(jejuni\) und \(Helicobacter\) \(pylori\) und funktionelle Charakterisierung von Pseudouridin-Synthasen
N2  - More than 150 different RNA modifications have been detected in all kingdoms of life and 60 are known to decorate bacterial RNA. Among them, pseudouridine is universally conserved and one of the most abundant modifications present in bacterial stable RNAs such as tRNAs and rRNAs. In bacteria, the nucleotide is posttranscriptionally generated by dedicated enzymes called pseudouridine synthases (PUSs). With the advent of sophisticated deep-sequencing technologies, this modification has been identified in different types of RNA classes (tRNAs, rRNAs, mRNAs, snRNAs, and lncRNAs) in diverse eukaryotic organisms. However, these techniques have never been applied to bacteria, generating a knowledge gap about the location of the modified nucleotide in prokaryotic RNAs. Mutations or deletions of specific eukaryotic PUS enzymes are linked to human diseases and therefore their absence is deleterious for the correct function of the cell. However, deletion of tRNA or rRNA PUS enzymes in the bacterial model organism E. coli have not revealed any such drastic phenotypes, suggesting a different role and function of the modification itself and of the enzymes in different kingdoms of life. 
Since the roles of tRNA PUS enzymes in bacteria is still poorly understood, a functional characterization of these proteins is pursued in the Epsilonproteobacteria Campylobacter jejuni and Helicobacter pylori. While C. jejuni is the leading cause of bacterial foodborne gastroenteritis in humans, infection with H. pylori is associated with the development of gastric cancer. In particular, phenotypes were explored for the tRNA PUS enzymes TruA, TruB, and TruD in C. jejuni as well as TruA and TruD in H. pylori. Upon deletion of truD, a severe growth defect is observed for C. jejuni but not for H. pylori, highlighting a potential difference in function of the enzyme in the two related bacterial pathogens. 
Moreover, a genome-wide approach called Pseudo-seq is established and applied for RNA of these two pathogens, which allows, for the first time, the global identification of pseudouridine modifications at single-nucleotide resolution in the bacterial transcriptome. Applying Pseudo-seq in RNAs of wildtype and diverse PUS enzyme deletion mutants enabled the identification of the distinct RNA substrates of tRNA PUS enyzmes in C. jejuni and H. pylori. Hereby, the tRNA-Glu was determined to be the major tRNA substrate of TruD in C. jejuni. Interestingly, the tRNA-Glu is expressed as a single copy in the C. jejuni genome. To link the growth defect observed for a C. jejuni ∆truD mutant strain to the pseudouridine modification of the tRNA-Glu, a catalytically inactive TruD complementation was generated. This strain is unable to restore the tRNA-Glu modification but surprisingly, was able to complement the growth defect. The same observation was made for a cross-complementation with a copy of H. pylori TruD. This indicates that there is a potential additional function of the TruD PUS enzyme in C. jejuni that is independent of the pseudouridine modification. Using a combination of deep-sequencing technologies (RIP-seq, RNA-seq, Ribo-seq, and CLIP-seq), the dual function of TruD is investigated. 
Overall, this study provides the first in-depth investigation into pseudouridylation of bacteria in general and the bacterial pathogens C. jejuni and H. pylori in particular. The work presented in this thesis reveals not only a global map of pseudouridine in tRNAs and rRNAs of the two bacteria but it also explores the function of the responsible tRNA PUS enzymes. In addition, this study provides evidence for a dual function of the C. jejuni PUS enzyme TruD that goes beyond its RNA modifying function. Future research could focus on unravelling the function of TruD and its potential interaction partners and thus reveal new mechanisms of regulation of a protein previously only described as an RNA modification enzyme.
N2  - Mehr als 150 verschiedene RNA-Modifikationen sind bislang in den unterschiedlichsten Organismen nachgewiesen worden, wovon 60 dieser Modifikationen in bakterieller RNA vorkommen. In Bakterien ist Pseudouridin eine der häufigsten Modifikationen, die in stabilen RNAs wie tRNAs und rRNAs zu finden sind. Hierbei wird das modifizierte Nukleotid auf posttranskriptioneller Ebene von speziellen Enzymen, den sogenannten Pseudouridin-Synthasen (PUS), generiert. Die Entwicklung und der Einsatz fortschrittlicher Deep-Sequencing Technologien ermöglichte es, Pseudouridin in unterschiedlichen RNA Klassen (tRNAs, rRNAs, mRNAs, snRNAs und lncRNAs) in verschiedenen eukaryotischen Organismen zu identifizieren. Diese Verfahren wurden jedoch noch nie auf Bakterien angewandt. Mutationen oder Deletionen spezifischer PUS Enzyme wurden im Menschen bereits mit der Entstehung von Krankheiten in Verbindung gebracht. Diese Enzyme sind daher für die korrekte Funktionsweise einer eukaryotischen Zelle unabdinglich. Nichtsdestotrotz führte die Deletion von tRNA oder rRNA PUS Enzymen im bakteriellen Modellorganismus Escherichia coli zu keinen solch drastischen Phänotypen. Dies wiederum deutet auf eine unterschiedliche Rolle und Funktion der Modifikation und der verantwortlichen Enzyme in verschiedenen Organismen hin.
In der vorliegenden Arbeit werden tRNA PUS Enzyme der Epsilonproteobakterien Campylobacter jejuni und Helicobacter pylori funktionell charakterisiert. Der Lebensmittelkeim C. jejuni ist derzeit die häufigste Ursache für bakteriell verursachte Gastroenteritis im Menschen. Dahingegen wird eine H. pylori Infektion mit der Entwicklung von Magenkrebs in Verbindung gebracht. Insbesondere wurden die Funktionen der tRNA PUS Enzyme TruA, TruB und TruD in C. jejuni sowie TruA und TruD in H. pylori untersucht. Während die Deletion von TruD keine phänotypischen Auswirkungen in H. pylori hat, führt diese in C. jejuni zu einem Wachstumsdefekt. Dies weist auf eine möglicherweise unterschiedliche Funktion des Enzyms in den beiden verwandten bakteriellen Krankheitserregern hin. 
Zusätzlich beschreibt diese Arbeit die Etablierung und Anwendung von Pseudo-seq in C. jejuni und H. pylori, einem genomweiten Ansatz mittels dessen zum ersten Mal die globale Identifizierung von Pseudouridin Modifikationen auf Einzel-Nukleotid-Ebene im bakteriellen Transkriptom ermöglicht wird. Durch Pseudo-seq Analysen von wildtypischer RNA und RNA isoliert aus unterschiedlichen PUS Enzym Deletionen, konnten die RNA Substrate dieser Enzyme in C. jejuni und H. pylori ermittelt werden. Für TruD stellte sich dabei die tRNA-Glu als Hauptsubstrat heraus. Interessanterweise ist diese im Genom von C. jejuni nur als einzelne Kopie vorhanden. Da eine TruD Deletionsmutante in C. jejuni einen Wachstumsdefekt aufweist, wurde dieser Phänotyp in Zusammenhang mit dem Auftreten der Pseudouridin Modifikation an der tRNA-Glu untersucht. Zu diesem Zweck wurde ein TruD Komplementationsstamm generiert, der jedoch katalytisch inaktiv ist und somit nicht in der Lage ist die Modifikation der tRNA-Glu wiederherzustellen. Überraschenderweise komplementierte dieser Stamm dennoch den Wachstumsdefekt. Eine ähnliche Beobachtung wurde bei einer Kreuzkomplementation mit einer Kopie von H. pylori TruD gemacht. Dies deutet darauf hin, dass das TruD PUS Enzym in C. jejuni möglicherweise eine zusätzliche Funktion unabhängig von der Pseudouridin Modifikation hat. Diese potentiell duale Funktion von TruD wird in dieser Arbeit durch die Anwendung einer Kombination von Deep-Sequencing Technologien (RIP-seq, RNA-seq, Ribo-seq und CLIP-seq) untersucht. 
	Insgesamt stellt diese Studie die erste eingehende Untersuchung von Pseudouridin Modifikationen in Bakterien im Allgemeinen, und in den Krankheitserregern C. jejuni und H. pylori im Speziellen, dar. Die in dieser Arbeit vorgelegten Ergebnisse beschreiben nicht nur eine globale Kartierung von Pseudouridin Modifikationen in bakteriellen tRNAs und rRNAs sondern erforschen auch die Funktionen der für die Modifikation verantwortlichen tRNA PUS Enzyme. Darüber hinaus liefert diese Arbeit Hinweise auf eine duale Funktion des C. jejuni PUS Enzyms TruD, die über die Funktion als RNA-modifizierendes Enzym hinausgeht. Zukünftige Untersuchungen könnten sich dementsprechend darauf konzentrieren, die Funktion von TruD und seinen potenziellen Interaktionspartnern zu entschlüsseln. Dies könnte neue Erkenntnisse über Mechanismen der Regulierung eines Enzyms/Proteins liefern, das bislang nur als RNA modifizierendes Enzym beschrieben war.
KW  - Pseudouridin
KW  - Campylobacter jejuni
KW  - Helicobacter pylori
KW  - TruD
KW  - Deep-sequencing
KW  - RNA modifications
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-288736
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Svensson, Sarah L.
A1  - Sharma, Cynthia M.
T1  - Small RNAs that target G-rich sequences are generated by diverse biogenesis pathways in Epsilonproteobacteria
JF  - Molecular Microbiology
N2  - Bacterial small RNAs (sRNAs) are widespread post-transcriptional regulators that control bacterial stress responses and virulence. Nevertheless, little is known about how they arise and evolve. Homologs can be difficult to identify beyond the strain level using sequence-based approaches, and similar functionalities can arise by convergent evolution. Here, we found that the virulence-associated CJnc190 sRNA of the foodborne pathogen Campylobacter jejuni resembles the RepG sRNA from the gastric pathogen Helicobacter pylori. However, while both sRNAs bind G-rich sites in their target mRNAs using a C/U-rich loop, they largely differ in their biogenesis. RepG is transcribed from a stand-alone gene and does not require processing, whereas CJnc190 is transcribed from two promoters as precursors that are processed by RNase III and also has a cis-encoded antagonist, CJnc180. By comparing CJnc190 homologs in diverse Campylobacter species, we show that RNase III-dependent processing of CJnc190 appears to be a conserved feature even outside of C. jejuni. We also demonstrate the CJnc180 antisense partner is expressed in C. coli, yet here might be derived from the 3’UTR (untranslated region) of an upstream flagella-related gene. Our analysis of G-tract targeting sRNAs in Epsilonproteobacteria demonstrates that similar sRNAs can have markedly different biogenesis pathways.
KW  - sRNA biogenesis
KW  - Campylobacter jejuni
KW  - Helicobacter pylori
KW  - pathogenesis
KW  - RNase III
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259602
VL  - 117
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dugar, Gaurav
T1  - Comparative transcriptomics and post-transcriptional regulation in \(Campylobacter\) \(jejuni\)
T1  - Vergleichende Transkriptomanalysen und posttranskriptionelle Regulierung in \(Campylobacter\) \(jejuni\)
N2  - The transcriptome is defined as the set of all RNA molecules transcribed in a cell. These include protein-coding messenger RNAs (mRNAs) as well as non-coding RNAs, such as ribosomal RNAs (rRNAs), transfer RNAs (tRNAs), and small non-coding RNAs (sRNAs). sRNAs are known to play an important role in regulating gene expression and virulence in pathogens. In this thesis, the transcriptome of the food-borne pathogen Campylobacter jejuni was characterized at single nucleotide resolution by use of next-generation sequencing approaches. The first genome of a C. jejuni strain was published in the year 2000. However, its transcriptome remained uncharacterized at large. 
C. jejuni can survive in a variety of ecological niches and hosts. However, how strain-specific transcriptional changes contribute to such adaptation is not known. In this study, the global transcriptome maps of four closely related C. jejuni strains were defined using a differential RNA-seq (dRNA-seq) approach. This analysis also included a novel automated method to annotate the transcriptional start sites (TSS) at a genome-wide scale. Next, the transcriptomes of four strains were simultaneously mapped and compared by the use of a common coordinate system derived from whole-genome alignment, termed as SuperGenome. This approach helped to refine the promoter maps by comparison of TSS within strains. Most of the TSS were found to be conserved among all four strains, but some single-nucleotide-polymorphisms (SNPs) around promoter regions led to strain-specific transcriptional output. Most of these SNPs altered transcription only slightly, but some others led to a complete abrogation of transcription leading to differential molecular phenotypes. These in turn might help the strains to adapt to their specific host or microniche. The transcriptome also unveiled a plethora of sRNAs, some of which were conserved among the four strains while others were strain specific. Furthermore, a Cas9-dependent minimal type-II CRISPR-Cas system with only three Cas genes and multiple promoters to drive the transcription of the CRISPR locus was also characterized in C. jejuni using the dRNA-seq dataset.
Apart from sRNAs, the role of global RNA binding proteins (RBPs) is also unclear in C. jejuni. Aided by the global transcriptome data, the role of RBPs in post-transcriptional regulation of C. jejuni was studied at a global scale. Two of the most widely studied RNA binding proteins in bacteria are Hfq and CsrA. The RNA interactome of the translational regulator CsrA was defined using another global deep-sequencing technique that combines co-immunoprecipitation (coIP) with RNA sequencing (RIP-seq). Using this interactome dataset, the direct targets of this widespread global post-transcriptional regulator were defined, revealing a significant enrichment for mRNAs encoding genes involved in flagella biosynthesis. Unlike Gammaproteobacteria, where sRNAs such as CsrB/C, antagonize CsrA activity, no sRNAs were enriched in the CsrA-coIP in C. jejuni, indicating absence of any sRNA antagonists and novel modes of CsrA activity regulation. Instead, the CsrA regulatory pathway revealed flaA mRNA, encoding the major flagellin, as a dual-function mRNA. flaA mRNA was the main target of CsrA but it also served to antagonize CsrA activity along with the protein antagonist FliW previously identified in the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis. Furthermore, this regulatory mRNA was also shown in this thesis to localize to the poles of elongating C. jejuni cells in a translation-dependent manner. It was also shown that this localization is dependent on the CsrA-FliW regulon, which controls the translation of flaA mRNA. The role and mechanism of flaA mRNA localization or mRNA localization in general is not yet clear in bacteria when compared to their eukaryotic counterparts.
Overall, this study provides first insights into riboregulation of the bacterial pathogen C. jejuni. The work presented in this thesis unveils several novel modes of riboregulation in C. jejuni, which could be applicable more generally. Moreover, this study also lays out several unsolved intriguing questions, which may pave the way for interesting studies to come.
N2  - Das Transkriptom ist definiert als die Summe aller RNA-Moleküle, die in einer Zelle transkribiert werden. Hierzu gehören sowohl protein-kodierende Boten-RNAs (mRNAs für „messenger RNAs“), als auch nicht-kodierende RNAs, wie ribosomale RNAs (rRNAs), transfer RNAs (tRNAs) und kleine nicht-kodierende RNAs (sRNAs für „small RNAs“). Diese sRNAs spielen eine wichtige Rolle in der Regulierung von Genexpression und Virulenz von Pathogenen. In der vorliegenden Arbeit wurde das Transkriptom des Lebensmittelkeims Campylobacter jejuni mit Hilfe von Next-Generation-Sequencing-Methoden charakterisiert, welche eine Auflösung des Transkriptoms auf Einzelnukleotid-Ebene ermöglichen. Obwohl eine erste Genomsequenz für C. jejuni bereits im Jahr 2000 veröffentlicht wurde, war das Transkriptom bisher größtenteils uncharakterisiert. 
C. jejuni besitzt die Fähigkeit in vielen ökologischen Nischen und Wirten überleben zu können. Es ist jedoch bislang unbekannt, wie stammspezifische Veränderungen des Transkriptoms zu dieser Adaption beitragen. Mittels eines differenziellen RNA-Sequenzierungsansatzes wurden in dieser Arbeit globale Transkriptomkarten von vier nahverwandten C. jejuni Stämmen erstellt. Diese Analyse beinhaltet auch eine neue automatisierte Methode zur genomweiten Identifizierung von Transkriptionsstartstellen (TSS). Anschließend wurde aus den Genomsequenzen der vier Campylobacter Stämme ein SuperGenom erstellt. Dieses wiederum diente als Referenz, anhand dessen die Transkriptome kartiert und miteinander verglichen werden konnten. Dieser Ansatz ermöglichte eine verfeinerte Kartierung der Promotoren mittels des Vergleichs verschiedener Stämme. Die meisten TSS waren innerhalb der vier Stämme konserviert. Allerdings kam es durch SNPs („single-nucleotide polymorphisms“) in den Promoterregionen zu stammspezifischem Transkriptoutput. Die meisten dieser SNPs hatten nur geringe Veränderungen der Transkription zur Folge. Manche jedoch führten zu einem kompletten Verlust der Transkription und damit zu verschiedenen molekularen Phänotypen. Diese wiederum könnten es den verschiedenen Stämmen ermöglichen, sich an ihre spezifische Wirts- oder Mikronische anzupassen. Das Transkriptom wies auch eine Fülle von sRNAs auf, von denen manche in allen vier Stämmen konserviert, andere jedoch stammspezifisch waren. Zudem wurde mittels des C. jejuni-dRNA-seq-Datensatzes ein minimales Cas9-abhängiges CRISPR-Cas-System des Typs II entdeckt. Dieses beinhaltet lediglich drei Cas-Gene, jedoch mehrere Promotoren, die die Expression des CRISPR-Lokus antreiben. 
Neben der Funktion von sRNAs ist auch die Rolle globaler RNA-Bindeproteine (RBPs) in C. jejuni weitestgehend unklar. Mithilfe der Transkriptomdaten wurde die Rolle von RBPs in der posttranskriptionellen Regulierung in C. jejuni untersucht. Zwei der am besten untersuchten RNA-Bindeproteine in Bakterien sind Hfq und CsrA. Das RNA-Interaktom des Translationsregulators CsrA wurde mittels eines weiteren globalen Deep-Squencing-Ansatzes definiert. Bei dieser Methode werden Coimmunopräzipitation (coIP) und RNA-Sequenzierung zum so genannten RIP-seq kombiniert. Mithilfe dieses Interaktionsdatensatzes wurden die Zielgene dieses weitverbreiteten, globalen posttranskriptionellen Regulators definiert. Hierbei wurde eine signifikante Anreicherung von mRNAs, die in die Biosynthese von Flagellen involviert sind, erkennbar. Anders als in Gammaproteobakterien, in denen sRNAs wie CsrB und CsrC die CsrA-Aktivität antagonisieren, wurden in C. jejuni keine sRNAs in der CsrA-CoIP angereichert. Dies deutet auf das Fehlen jeglicher sRNA-Antagonisten, und damit auf eine neue Art der CsrA-Aktivitätskontrolle hin. Anstelle der sRNAs wurde die flaA mRNA, welche für das Hauptflagellin kodiert, als mRNA mit dualer Funktion identifiziert. Sie ist zum einen das Hauptzielgen von CsrA, fungiert aber gleichzeitig, zusammen mit dem Protein FliW, als Antagonist von CsrA. FliW wurde bereits zuvor in dem Grampositiven Bakterium Bacillus subtilis identifiziert. In dieser Arbeit konnte zudem gezeigt werden, dass die regulatorische flaA mRNA translationsabhängig an den Polen der wachsenden C. jejuni-Zellen lokalisiert ist. Außerdem war zu erkennen, dass diese Lokalisierung abhängig von dem CsrA-FliW-Regulon stattfindet, welches die Translation der flaA-mRNA kontrolliert. Im Gegensatz zu Eukaryoten ist die Rolle, die die Lokalisation der flaA-mRNA, oder bakterieller mRNA im Allgemeinen, spielt, sowie der Mechanismus, der zu dieser Lokalisierung führt, bisher noch unklar. 
Zusammenfassend ermöglicht diese Arbeit einen ersten Einblick in die Riboregulierung des bakteriellen Pathogens C. jejuni. Es konnten einige neue Mechanismen dieser Art der Regulierung aufgedeckt werden, welche auch allgemeine Gültigkeit finden könnten. Zudem werden in dieser Arbeit neue, faszinierende Fragen aufgeworfen, die den Weg für weitere interessante Studien bereiten.
KW  - Post-transcriptional regulation
KW  - Transcriptome
KW  - SNPs
KW  - CsrA
KW  - Campylobacter jejuni
KW  - Transkriptom
KW  - Posttranskriptionelle Regulation
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146180
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Dugar, Gaurav
A1  - Svensson, Sarah L.
A1  - Bischler, Thorsten
A1  - Waldchen, Sina
A1  - Reinhardt, Richard
A1  - Sauer, Markus
A1  - Sharma, Cynthia M.
T1  - The CsrA-FliW network controls polar localization of the dual-function flagellin mRNA in Campylobacter jejuni
JF  - Nature Communications
N2  - The widespread CsrA/RsmA protein regulators repress translation by binding GGA motifs in bacterial mRNAs. CsrA activity is primarily controlled through sequestration by multiple small regulatory RNAs. Here we investigate CsrA activity control in the absence of antagonizing small RNAs by examining the CsrA regulon in the human pathogen Campylobacter jejuni. We use genome-wide co-immunoprecipitation combined with RNA sequencing to show that CsrA primarily binds flagellar mRNAs and identify the major flagellin mRNA (flaA) as the main CsrA target. The flaA mRNA is translationally repressed by CsrA, but it can also titrate CsrA activity. Together with the main C. jejuni CsrA antagonist, the FliW protein, flaA mRNA controls CsrA-mediated post-transcriptional regulation of other flagellar genes. RNA-FISH reveals that flaA mRNA is expressed and localized at the poles of elongating cells. Polar flaA mRNA localization is translation dependent and is post-transcriptionally regulated by the CsrA-FliW network. Overall, our results suggest a role for CsrA-FliW in spatiotemporal control of flagella assembly and localization of a dual-function mRNA.
KW  - bacterial genetics
KW  - cell signalling
KW  - translation
KW  - Campylobacter jejuni
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173201
VL  - 7
ER  -