Determinación del rol del sesgo en el uso de codones en la regulación de la traducción de genes de respuesta a estrés oxidativo en bacterias

Abstract

La respuesta a estrés oxidativo en bacterias es un proceso complejo que involucra el cambio en los niveles de varias proteínas relacionadas con el aumento de la supervivencia frente a esta condición adversa. Sin embargo, a pesar de que la respuesta a nivel transcripcional a través de los regulones soxRS y oxyR ha sido descrita en detalle en enterobacterias, ésta no explica completamente la adaptabilidad de una cepa a estas condiciones. En este trabajo se analiza la relación entre el uso de codones y los cambios de expresión génica inducidos en respuesta a estrés oxidativo en Salmonella enterica serovar Enteritidis con el fin de encontrar un mecanismo posttranscripcional de regulación génica frente a estrés oxidativo en bacterias. Se tomaron datos de cambio en los niveles de 102 proteínas de S. Enteritidis bajo estrés oxidativo y se realizaron regresiones lineales entre ellos y la frecuencia de uso de codones, de patrones dobles de codones y de patrones triples de codones en los mRNA que las codifican. Luego se seleccionaron cinco patrones de codones asociados a regresiones con valores extremos de pendiente en conjunto con un buen valor de coeficiente r². Finalmente, se analizó el efecto in vivo de la fusión de estos patrones a un gen reportero gfp, midiendo los cambios en sus niveles de traducción inducidos por estrés al añadir H2O2 1 mM al medio. Los resultados muestran dos patrones triples de codones capaces de aumentar la traducción de gfp, lo cual sugiere que existe una regulación de la traducción en la respuesta a estrés oxidativo.

Bacterial response to oxidative stress is a complex process that involves changes in expression level for many genes required to increase survival rate under conditions of stress. However, what is known about the transcriptional oxidative stress response systems soxRS and oxyR is not enough to explain the whole response. This thesis is based on the analysis of the relationship between codon usage and gene expression changes associated with oxidative stress response in Salmonella enterica serovar Enteritidis. For this purpose, the stressinduced changes in the level of 102 different S. Enteritidis proteins were compared to the frequency of codons, dicodons and tricodons present in the corresponding genes through linear regression. Next, five codon pattern regressions associated with the most extreme values of slope and a good r² value were introduced into the 5' region of a reporter gfp gene. Based on in vivo changes of translation levels induced by adding 1 mM H2O2, two tricodon patterns were found to increase gfp translation, suggesting a role for codon usage in regulating translation as part of the response to oxidative stress.