Elisa Venturini

• Small proteins, often defined as shorter than 50 amino acids, have been implicated in fundamental cellular processes. Despite this, they have been largely understudied throughout all domains of life, since their size often makes their identification and characterization challenging. This work addressed the knowledge gap surrounding small proteins with a focus on the model bacterial pathogen Salmonella Typhimurium. In a first step, new small proteins were identified with a combination of computational and experimental approaches.Small proteins, often defined as shorter than 50 amino acids, have been implicated in fundamental cellular processes. Despite this, they have been largely understudied throughout all domains of life, since their size often makes their identification and characterization challenging. This work addressed the knowledge gap surrounding small proteins with a focus on the model bacterial pathogen Salmonella Typhimurium. In a first step, new small proteins were identified with a combination of computational and experimental approaches. Infection-relevant datasets were then investigated with the updated Salmonella annotation to prioritize promising candidates involved in virulence. To implement the annotation of new small proteins, predictions from the algorithm sPepFinder were merged with those derived from Ribo-seq. These were added to the Salmonella annotation and used to (re)analyse different datasets. Information regarding expression during infection (dual RNA-seq) and requirement for virulence (TraDIS) was collected for each given coding sequence. In parallel, Grad-seq data were mined to identify small proteins engaged in intermolecular interactions. The combination of dual RNA-seq and TraDIS lead to the identification of small proteins with features of virulence factors, namely high intracellular induction and a virulence phenotype upon transposon insertion. As a proof of principle of the power of this approach in highlighting high confidence candidates, two small proteins were characterized in the context of Salmonella infection. MgrB, a known regulator of the PhoPQ two-component system, was shown to be essential for the infection of epithelial cells and macrophages, possibly via its stabilizing effect on flagella or by interacting with other sensor kinases of twocomponent systems. YjiS, so far uncharacterized in Salmonella, had an opposite role in infection, with its deletion rendering Salmonella hypervirulent. The mechanism underlying this, though still obscure, likely relies on the interaction with inner-membrane proteins. Overall, this work provides a global description of Salmonella small proteins in the context of infection with a combinatorial approach that expedites the identification of interesting candidates. Different high-throughput datasets available for a broad range of organisms can be analysed in a similar manner with a focus on small proteins. This will lead to the identification of key factors in the regulation of various processes, thus for example providing targets for the treatment of bacterial infections or, in the case of commensal bacteria, for the modulation of the microbiota composition.…
• Kleine Proteine, oft definiert als kürzer als 50 Aminosäuren, sind in fundamentale zelluläre Prozesse involviert. Trotzdem sind sie in allen Domänen des Lebens noch weitgehend unerforscht, da ihre Größe ihre Identifizierung und Charakterisierung oft schwierig macht. Diese Arbeit adressiert die Wissenslücke um kleine Proteine mit einem Fokus auf das bakterielle Modellpathogen Salmonella Typhimurium. In einem ersten Schritt wurden neue kleine Proteine mit einer Kombination aus bioinformatischen und experimentellen Ansätzen identifiziert.Kleine Proteine, oft definiert als kürzer als 50 Aminosäuren, sind in fundamentale zelluläre Prozesse involviert. Trotzdem sind sie in allen Domänen des Lebens noch weitgehend unerforscht, da ihre Größe ihre Identifizierung und Charakterisierung oft schwierig macht. Diese Arbeit adressiert die Wissenslücke um kleine Proteine mit einem Fokus auf das bakterielle Modellpathogen Salmonella Typhimurium. In einem ersten Schritt wurden neue kleine Proteine mit einer Kombination aus bioinformatischen und experimentellen Ansätzen identifiziert. Anschließend wurden infektionsrelevante Datensätze mit der aktualisierten Salmonella-Annotation untersucht, um vielversprechende Kandidaten zu priorisieren, die an der Virulenz beteiligt sind. Um die Annotation neuer kleiner Proteine zu implementieren, wurden die Vorhersagen aus dem Algorithmus sPepFinder mit denen aus Ribo-seq kombiniert. Diese wurden der Salmonella-Annotation hinzugefügt und zur (Re-)Analyse verschiedener Datensätze verwendet. Für jede gegebene kodierende Sequenz wurden Informationen zur Expression während der Infektion (duale RNA-seq) und zum Beitrag zur Virulenz (TraDIS) gesammelt. Parallel dazu wurden Grad-seq-Daten ausgewertet, um kleine Proteine zu identifizieren, die an intermolekularen Interaktionen beteiligt sind. Die Kombination von dualer RNA-seq und TraDIS führte zur Identifizierung von kleinen Proteinen mit Merkmalen von Virulenzfaktoren, nämlich einer hohen intrazellulären Induktion und einem Virulenz-Phänotyp nach Transposon- Insertion. Als Beweis für die Leistungsfähigkeit dieses Ansatzes Identifikation von vielversprechenden Kandidaten wurden zwei kleine Proteine im Kontext einer Salmonella-Infektion charakterisiert. MgrB, ein bekannter Regulator des PhoPQ-Zweikomponentensystems, erwies sich als ein für die Infektion von Epithelzellen und Makrophagen essentielles Protein, möglicherweise über seine stabilisierende Wirkung von Flagellen oder durch Interaktion mit Sensorkinasen von Zweikomponentensystemen. YjiS, das in Salmonella bisher nicht charakterisiert wurde, hatte eine entgegengesetzte Rolle bei der Infektion, wobei seine Deletion Salmonella hypervirulent macht. Der Mechanismus, der dem zugrunde liegt, ist zwar noch unklar, beruht aber wahrscheinlich auf der Interaktion mit inneneren Membranproteinen. Insgesamt liefert diese Arbeit eine globale Beschreibung der kleinen Salmonella- Proteine im Kontext der Infektion mit einem kombinatorischen Ansatz, der die Identifizierung interessanter Kandidaten beschleunigt. Verschiedene Hochdurchsatz- Datensätze, die für ein breites Spektrum von Organismen verfügbar sind, können auf ähnliche Weise mit einem Fokus auf kleine Proteine analysiert werden. Dies wird zur Identifizierung von Schlüsselfaktoren in der Regulation verschiedener Prozesse führen und damit z. B. Targets für die Behandlung bakterieller Infektionen oder, im Falle kommensaler Bakterien, für die Modulation der Mikrobiota- Zusammensetzung liefern.…