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Studies on Mg²⁺ and coenzyme B₁₂ induced conformational changes in coenzyme B₁₂ Riboswitches from E. coli and D. hafniense


Choudhary, Pallavi. Studies on Mg²⁺ and coenzyme B₁₂ induced conformational changes in coenzyme B₁₂ Riboswitches from E. coli and D. hafniense. 2014, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Coenzyme B12 riboswitches are widely distributed in prokaryotes and belong to one of the first reported metabolite binding RNA elements. This work focuses on coenzyme B12 riboswitches to understand the pre-organization of their highly conserved aptamer and high specificity towards coenzyme B12. To understand the aptamer architecture, we carried out in-line probing and terbium(III) cleavage experiments on the coenzyme B12 responsive btuB riboswitch from E. coli. We observed that Mg2+ plays a vital role in the pre-folding of the btuB riboswitch to facilitate its interaction with coenzyme B12. Moreover, the presence of Mg2+ binding sites near the conserved bases of the aptamer indicates the role of Mg2+ mediated tertiary interactions in aptamer pre-organization. We also studied the kinetics of interaction between the btuB riboswitch with its ligands using surface plasmon resonance spectroscopy. Our results indicate that the btuB aptamer has similar rates of association but varying rates of dissociation towards its ligands, justifying its different affinities towards its ligands. To explore further the diversity of B12 riboswitches, we characterized three B12 riboswitches from Desulfitobacterium hafniense. Our studies suggest that coenzyme B12 riboswitches could harbour variable structural elements to alter their affinity towards coenzyme B12 and regulate cobalamine metabolism within the cell. Together, our work highlights the significance of the aptamer architecture and ligand specificity for the functions of coenzyme B12 riboswitches in prokaryotes.
Coenzym B12 Riboswitches sind in Prokaryoten weit verbreitet und waren unter den ersten bekannten Metabolit-bindenden RNA-Elementen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Coenzym B12 Riboswitches um ein besseres Verständnis für die Prä-Organisation des hochkonservierten Aptamers und die hohe Spezifität für Coenzym B12 zu erlangen. Zum besseren Verständnis der Aptamer-Architektur, wurden In-line Probing und Terbium(III)-Spaltungs-Experimente am Coenzym B12-sensitiven btuB riboswitch aus E.coli durchgeführt. Wir beobachten, dass Mg2+ entscheidend ist für eine Vorfaltung des btuB Riboswitches, welche die Wechselwirkung mit Coenzym B12 ermöglicht. Zudem weisen Mg2+-Bindungsstellen in der Nähe der konservierten Basen des Aptamers auf ein Mitwirken Mg2+-vermittelter tertiärer Wechselwirkungen bei der Prä-Organisation des Aptamers hin. Mittels Plasmon-Surface-Resonance-Spektroskopie haben wir auch die Kinetik der Wechselwirkung zwischen dem btuB Riboswitch und seinen Liganden untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen ähnliche Assoziierungsraten verschiedener Liganden gegenüber dem btuB- Aptamer und es sind die Dissoziierungsraten, welche Unterschiede in den Affinitäten erklären. Um die Diversität von B12 Riboswitches weiter zu erkunden, haben wir drei Vertreter aus Desulfitobacterium hafniense untersucht. Unsere Ergebnisse weisen daraufhin, dass Coenzym B12 Riboswitches variable Strukturelemente beherbergen, welche die Affinität gegen Coenzym B12 beeinflussen und den Cobalamin-Stoffwechsel in der Zelle regulieren. Zusammengenommen zeigt unsere Arbeit die große Bedeutung von Aptamerarchitektur und Ligandenspezifität für die Funktionen der Coenzym B12 Riboswitches in Prokaryoten auf.

Abstract

Coenzyme B12 riboswitches are widely distributed in prokaryotes and belong to one of the first reported metabolite binding RNA elements. This work focuses on coenzyme B12 riboswitches to understand the pre-organization of their highly conserved aptamer and high specificity towards coenzyme B12. To understand the aptamer architecture, we carried out in-line probing and terbium(III) cleavage experiments on the coenzyme B12 responsive btuB riboswitch from E. coli. We observed that Mg2+ plays a vital role in the pre-folding of the btuB riboswitch to facilitate its interaction with coenzyme B12. Moreover, the presence of Mg2+ binding sites near the conserved bases of the aptamer indicates the role of Mg2+ mediated tertiary interactions in aptamer pre-organization. We also studied the kinetics of interaction between the btuB riboswitch with its ligands using surface plasmon resonance spectroscopy. Our results indicate that the btuB aptamer has similar rates of association but varying rates of dissociation towards its ligands, justifying its different affinities towards its ligands. To explore further the diversity of B12 riboswitches, we characterized three B12 riboswitches from Desulfitobacterium hafniense. Our studies suggest that coenzyme B12 riboswitches could harbour variable structural elements to alter their affinity towards coenzyme B12 and regulate cobalamine metabolism within the cell. Together, our work highlights the significance of the aptamer architecture and ligand specificity for the functions of coenzyme B12 riboswitches in prokaryotes.
Coenzym B12 Riboswitches sind in Prokaryoten weit verbreitet und waren unter den ersten bekannten Metabolit-bindenden RNA-Elementen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Coenzym B12 Riboswitches um ein besseres Verständnis für die Prä-Organisation des hochkonservierten Aptamers und die hohe Spezifität für Coenzym B12 zu erlangen. Zum besseren Verständnis der Aptamer-Architektur, wurden In-line Probing und Terbium(III)-Spaltungs-Experimente am Coenzym B12-sensitiven btuB riboswitch aus E.coli durchgeführt. Wir beobachten, dass Mg2+ entscheidend ist für eine Vorfaltung des btuB Riboswitches, welche die Wechselwirkung mit Coenzym B12 ermöglicht. Zudem weisen Mg2+-Bindungsstellen in der Nähe der konservierten Basen des Aptamers auf ein Mitwirken Mg2+-vermittelter tertiärer Wechselwirkungen bei der Prä-Organisation des Aptamers hin. Mittels Plasmon-Surface-Resonance-Spektroskopie haben wir auch die Kinetik der Wechselwirkung zwischen dem btuB Riboswitch und seinen Liganden untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen ähnliche Assoziierungsraten verschiedener Liganden gegenüber dem btuB- Aptamer und es sind die Dissoziierungsraten, welche Unterschiede in den Affinitäten erklären. Um die Diversität von B12 Riboswitches weiter zu erkunden, haben wir drei Vertreter aus Desulfitobacterium hafniense untersucht. Unsere Ergebnisse weisen daraufhin, dass Coenzym B12 Riboswitches variable Strukturelemente beherbergen, welche die Affinität gegen Coenzym B12 beeinflussen und den Cobalamin-Stoffwechsel in der Zelle regulieren. Zusammengenommen zeigt unsere Arbeit die große Bedeutung von Aptamerarchitektur und Ligandenspezifität für die Funktionen der Coenzym B12 Riboswitches in Prokaryoten auf.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Sigel Roland K O, Gasser Gilles
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:Unspecified
Language:English
Place of Publication:Zürich
Date:2014
Deposited On:04 Apr 2019 06:22
Last Modified:25 Oct 2019 12:58
Number of Pages:218
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod010348771&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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