MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017162129
■00520250211151922
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798382761381
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31243574
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a574
■1001  ▼aBushhouse,  David  Z.▼0(orcid)0000-0003-1987-0578
■24510▼aProgramming  Riboswitch  Function  Using  Principles  of  Cotranscriptional  RNA  Folding
■260    ▼a[Sl]▼bNorthwestern  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a301  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Lucks,  Julius  B.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Northwestern  University,  2024.
■520    ▼aAll  organisms  adapt  to  changes  in  their  environment,  which  requires  mechanisms  to  sense  the  outside  world  and  alter  gene  expression  in  response.  Transcription,  the  enzymatic  synthesis  of  RNA  from  a  DNA  template,  is  a  highly  regulated  process  that  enables  organisms  to  express  different  genes  at  different  times  at  different  amplitudes.  Transcription  is  subject  to  many  gene  regulatory  control  mechanisms  to  ensure  that  expression  of  each  transcript  is  appropriate  for  a  given  cellular  state.  For  example,  a  suite  of  conditional  attenuators  such  as  RNA  thermometers  and  riboswitches  control  transcription  termination.  Riboswitches  are  an  ancient  class  of  cis-  regulatory  RNA  gene-regulatory  elements  found  across  all  domains  of  life.  These  elements  take  advantage  of  the  ability  of  RNA  to  form  intricate  structures  during  transcription  to  sense  intracellular  concentrations  of  their  cognate  ligands,  and  alter  gene  expression  in  response.A  long-standing  and  intriguing  question  about  riboswitch  biology  is  how  transcriptional  riboswitches  can  make  fast  folding  decisions  on  the  timescale  of  active  transcription.  To  date  a  number  of  transcriptional  riboswitch  folding  pathways  have  been  deciphered.  Collectively,  these  studies  are  revealing  that  transcriptional  riboswitches  navigate  a  complex  decision  landscape  that  pushes  them  to  one  of  two  final  structural  states  based  on  the  conditional  execution  of  an  internal  strand  displacement  process.  These  bifurcating  folding  pathways  must  maintain  a  delicate  balance  in  order  to  maintain  robust  dynamic  range,  raising  the  intriguing  question  of  whether  transcriptional  riboswitches  tune  their  function  by  manipulating  the  favorability  of  strand  displacement.  Using  the  Clostridium  beijerinckii  pfl  ZTP  riboswitch  as  a  model,  we  performed  fine-grained  mutational  analysis  of  the  strand  displacement  process  that  governs  the  bifurcation  of  this  riboswitch's  folding  pathway.  These  results  illustrate  that  the  dynamic  range  of  this  riboswitch  can  be  finely  tuned  over  an  order  of  magnitude  from  2.4-34-fold  by  mutating  the  invading  strand  to  contain  kinetic  barriers  that  slow  down  strand  displacement  (e.g.  mismatches,  deletions,  bulges).  We  also  investigate  the  accessory  regions  of  the  Cbe  pfl  riboswitch,  identifying  key  roles  for  the  leader  sequence  and  linker  region  in  controlling  riboswitch  function.  Interestingly,  we  identify  a  role  for  RNAP  pausing  in  controlling  ZTP  riboswitch  dynamic  range,  but  only  in  the  context  of  purine  starvation.Another  long-standing  question  about  riboswitch  biology  is  how  transcriptional  riboswitches  tune  their  sensitivity  to  ligand.  Understanding  how  riboswitch  sensitivity  is  controlled  is  critical  to  understanding  how  highly  conserved  aptamer  domains  are  deployed  in  a  variety  of  contexts  with  different  sensitivity  demands.  Here  we  uncover  new  roles  by  which  RNA  folding  dynamics  control  riboswitch  sensitivity  in  cells.  By  investigating  the  Clostridium  beijerinckii  pfl  ZTP  riboswitch,  we  identify  multiple  mechanistic  routes  of  altering  expression  platform  sequence  and  structure  to  slow  RNA  folding,  all  of  which  enhance  riboswitch  sensitivity.  Applying  these  methods  to  riboswitches  with  diverse  aptamer  architectures  that  regulate  transcription  and  translation  with  ON  and  OFF  logic  demonstrates  the  generality  of  our  findings,  indicating  that  any  riboswitch  that  operates  in  a  kinetic  regime  can  be  sensitized  by  slowing  expression  platform  folding.  Comparison  of  the  most  sensitized  versions  of  these  switches  to  equilibrium  aptamer:ligand  dissociation  constants  suggests  a  limit  to  the  sensitivities  achievable  by  kinetic  RNA  switches.  Our  results  add  to  the  growing  suite  of  knowledge  and  approaches  that  can  be  used  to  rationally  program  cotranscriptional  RNA  folding  for  biotechnology  applications,  and  suggest  general  RNA  folding  principles  for  understanding  dynamic  RNA  systems  in  other  areas  of  biology.  Careful  analysis  of  ZTP  riboswitch  expression  platform  sequences  reveal  a  novel  anti-  termination  mechanism  used  across  bacteria.  We  find  that  the  presence  of  nascent  RNA  structures  within  the  5'  upstream  context  of  a  terminator  can  slow  or  occlude  its  formation  in  the  RNAP  exit  channel,  leading  to  weaker  termination  due  to  a  'tug-of-war'  (TOW)  between  the  upstream  RNA  structure  and  the  terminator.  
■590    ▼aSchool  code:  0163.
■650  4▼aBiology
■650  4▼aBiochemistry
■650  4▼aBiophysics
■650  4▼aGenetics
■653    ▼aBiosensing
■653    ▼aRiboswitch
■653    ▼aRNA
■653    ▼aRNA  engineering
■653    ▼aRNA  folding
■653    ▼aRNA  structure
■690    ▼a0306
■690    ▼a0487
■690    ▼a0786
■690    ▼a0369
■71020▼aNorthwestern  University▼bInterdepartmental  Biological  Sciences  (IBiS)  Graduate  Program.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-11B.
■790    ▼a0163
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17162129▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books