Regulation of toxA by PtxR in Pseudomonas aeruginosa PA103

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Exotoxin A (ETA) production in Pseudomonas aeruginosa requires the regulatory locus regAB. Pseudomonas aeruginosa PA103 produces significantly higher levels of ETA than the prototypic strain PAO1 does, partly because of differences in the regAB locus. Other factors that contribute to this variation are not known. We previously described the P. aeruginosa gene ptxR that positively regulates production of ETA through regAB. ETA production was enhanced but still iron regulated in the PAO1 strain PAO1-XR that carries two copies of ptxR on its chromosome. Here we determine whether ptxR regulation of ETA is different in PA103. In contrast to PAO1-XR, ETA activity produced by PA103-2R, a PA103 strain carrying two copies of ptxR, is enhanced tenfold and partially deregulated in the presence of iron. Real-time PCR transcriptional analysis showed that the copy number of toxA mRNA in PA103-2R is significantly higher than in PA103 in both the presence and absence of iron, yet no similar increase in either regAB or ptxR mRNA copy number was detected. The integrated plasmid together with adjoining DNA was retrieved from the PA103-2R chromosome to determine whether integration-induced DNA changes played a role in this phenotype. Introduction of the retrieved plasmid in PA103 produced a phenotype similar to that of PA103-2R. Sequence analysis of the plasmid revealed the loss of 322 bp within the region 3' of ptxR. A plasmid construct carrying a 4-bp insertion in this same region produced in PA103 a phenotype similar to that of PA103-2R. Our results suggest that the effect of ptxR on toxA expression is different in PA103 than in PAO1 and that this variation in PA103-2R does not occur solely through regAB. Changes within the region 3' of ptxR are critical for the production of the unique PA103-2R phenotype, which occurs in trans and requires intact ptxR, but is not caused by ptxR overexpression.Key words: ptxR, toxA, regulation, Pseudomonas aeruginosa, PA103.

La production de l'exotoxine A (ETA) par Pseudomonas aeruginosa nécessite le locus régulateur regAB. Le souche PA103 de P. aeruginosa produit des niveaux significativement plus élevés d'ETA que la souche prototype PAO1, fait partiellement attribuable à des différences dans le locus regAB. Il n'existe aucun autre facteur connu contribuant à cette variation. Nous avons fait précédemment la description du gène ptxR de P. aeruginosa qui régule positivement la production de l'ETA par la biais de regAB. La production d'ETA a été augmentée, mais était toujours régulée par le fer chez la souche PAO1-XR de PAO1 renfermant deux copies de ptxR dans son chromosome. Nous déterminons ici si la régulation de l'ETA par ptxR est différente chez PA103. Contrairement à PAO1-XR, l'activité d'ETA produite par PA103-2R, une souche de PA103 renfermant deux copies de ptxR, est décuplée d'un facteur de 10 et est partiellement dérégulée par rapport au fer. Une analyse transcriptionnelle par PCR en temps réel a démontré que le nombre de copies de l'ARNm de toxA chez PA103-2R est significativement plus élevé que chez PA103, autant en présence qu'en absence de fer, bien qu'aucune augmentation de même nature du nombre de copie des ARNm de regAB ou de ptxR n'a été détectée. Le plasmide intégré accompagné d'ADN adjacent a été récupéré à partir du chromosome de PA103-2R afin de déterminer si l'altération de l'ADN dû à l'intégration jouait un rôle dans ce phénotype. L'introduction du plasmide récupéré chez PA103 a mené à un phénotype semblable à celui de PA103-2R. Une analyse de la séquence du plasmide a révélé la perte de 322 pb à l'intérieur de la région 3' de ptxR. Une construction plasmidique renfermant une insertion de 4 pb dans la même région a entraîné chez PA103 un phénotype semblable à celui de PA103-2R. Nos résultats indiquent que l'influence de ptxR sur l'expression de toxA chez PA103 est différente de chez PAO1, et que cette variation chez PA103-2R ne s'explique pas uniquement par une modulation de regAB. Des changements dans la région 3' de ptxR sont cruciaux pour la production du phénotype unique de PA103-2R, qui se produit en trans et nécessite un ptxR intact, mais n'est pas causé par la surexpression de ptxR.Mots clés : ptxR, toxA, régulation, Pseudomonas aeruginosa, PA103.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2003

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