Hierarchical regulation of the NikR-mediated nickel response in Helicobacter pylori

Nickel is an essential metal for Helicobacter pylori, as it is the co-factor of two enzymes crucial for colonization, urease and hydrogenase. Nickel is taken up by specific transporters and its intracellular homeostasis depends on nickel-binding proteins to avoid toxicity. Nickel trafficking is controlled by the Ni(II)-dependent transcriptional regulator NikR. In contrast to other NikR proteins, NikR from H. pylori is a pleiotropic regulator that depending on the target gene acts as an activator or a repressor. We systematically quantified the in vivo Ni2+-NikR response of 11 direct NikR targets that encode functions related to nickel metabolism, four activated and seven repressed genes. Among these, four targets were characterized for the first time (hpn, hpn-like, hydA and hspA) and NikR binding to their promoter regions was demonstrated by electrophoretic mobility shift assays. We found that NikR-dependent repression was generally set up at higher nickel concentrations than activation. Kinetics of the regulation revealed a gradual and temporal NikR-mediated response to nickel where activation of nickel-protection mechanisms takes place before repression of nickel uptake. Our in vivo study demonstrates, for the first time, a chronological hierarchy in the NikR-dependent transcriptional response to nickel that is coherent with the control of nickel homeostasis in H. pylori

Retraction: Detailed Mössbauer Characterization of Fe 2+ Fur, the Active Form of the Ferric Uptake Regulation Protein from E. coli and Density Functional Calculations on Some Related Models

International audienc

Quantum Chemical Approach to the Assignment of Iron−Catecholate Vibrations and Isotopic Substitution Shifts

International audienc

Magnetization Studies of the Reduced Active Form of the Catalase fromThermus thermophilus

International audienc

First Spectroscopic Characterization of Fe I I -Fur, the Physiological Active Form of the Fur Protein

International audienc

Fe−Catecholate and Fe−Oxalate Vibrations and Isotopic Substitution Shifts from DFT Quantum Chemistry

International audienc

Etudes spectroscopiques de la protéine FUR (Ferric Uptake Regulation) (interaction avec le monoxyde d'azote)

La protéine FUR (Ferric Uptake Regulation) contrôle la concentration en fer dans les bactéries Gram négatif. La protéine Fur d'Escherichia coli est isolée sous forme d'un dimère de 2x17 kDa, comportant un ion Zn2+ par monomère. Le mécanisme de régulation fait intervenir la coordination d'un ion Fe2+ qui provoque un changement de conformation de la protéine et sa fixation dans la région promotrice des gènes impliqués dans le métabolisme du fer, réprimant ainsi leur l'expression. Nous avons étudié l'influence de l'oligomérisation, de la métallation et du monoxyde d'azote sur la structure et l'activité de la protéine Fur d'E. coli. La protéine est capable de s'oligomériser en tétramère et hexamère mais existe principalement sous forme dimère aux concentrations physiologiques. Une forme monomère contenant deux ponts disulfures est obtenue à l'issue de la purification. Celle-ci n'est pas en équilibre avec le dimère et n'est pas activable directement par un ion métallique. Une forme dimère activable, est obtenue à partir de ce monomère après réduction des ponts disulfures par le DTT et ajout d'un ion métallique (Zn2+, Co2+ ou Fe2+). L'étude de l'incorporation des ions Co2+ et Fe2+ par spectroscopie UVvisible et Mössbauer montre que ces ions occupent un site similaire à celui décrit pour le zinc. L'oxyde nitrique, NO, est produit par les eucaryotes pour lutter contre l'invasion bactérienne. Il est connu pour réagir avec les centres à fer de nombreuses protéines. Nous avons étudié son action sur la protéine Fur activé par le fer. In vivo et in vitro l'activité de Fur est inhibée par NO. L'étude par spectroscopie RPE montre que NO réagit avec le fer de Fur pour former un adduit fer-nitrosyl S=1/2 stable en anaérobie, qui conserve sa structure dimère. Des études par spectroscopies Mössbauer, ENDOR, FTIR et UV-visible suggèrent que l'adduit est de type dinitrosyl Fur-Fe(NO)2. Cette étude a montré le lien entre le contrôle du métabolisme du fer par Fur et la réponse à NO .GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Propriétés de métallation et de liaison à l ADN de NikR d Escherichia coli et de NikR et FUR d Helicobacter pylori

Les facteurs de transcription NikR et FUR sont impliqués dans l homéostasie des métaux. Les propriétés de métallation et de liaison à l ADN de NikR d E.coli (Ec) et d H.pylori (Hp) ont été comparées. EcNikR, protéine tétramérique, lie 8 nickels par sous unité dont un nickel dans un site dit de haute affinité ayant un Kd submicromolaire. Les autres sites métalliques, de plus basse affinité, sont impliqués dans le processus l agrégation Ni- et pH-dépendant. HpNikR, partage des propriétés de métallation avec EcNikR, dont la liaison possible de différents métaux dans son site de haute affinité (Cu(II), Ni(II), Co(II)). Les 4 sites de haute affinité de cette protéine semblent égaux 2 à 2. La métallation des premiers sites faciliterait une fermeture de la protéine permettant la métallation des deux derniers sites. La métallation de ces 4 sites semble suffire pour qu HpNikR puisse lier l ADN. Cependant cette liaison serait améliorée en présence d un métal stabilisateur dans d autres sites. Selon les séquences opératrices, le métal et la technique employée, l affinité d HpNikR métallée pour l ADN varie. En présence d un excès de Ni(II), HpNikR se lie à pureA et à pnixA avec un Kd de 2,5 et 1,7 nM mais se lie faiblement à pnikR et pexbB. En présence d un excès de Ni(II) puis de Mn(II), HpNikR se lie à pnikR et à pexbB avec un Kd de 38 et 24 nM. FUR d H.pylori (HpFUR), un métallorégulateur Fe dépendant, a aussi été caractérisé dans le but d étudier sa co-régulation avec HpNikR de la région intergénique nikR-exbB. HpFUR est dimérique et contient au moins deux sites métalliques : un site structural et un site de régulation permettant l activation pour la liaison à l ADN.The transcription factors NikR and FUR are involved in the nickel and iron homeostasis. Comparative studies of metal and DNA binding properties of E.coli (Ec) and H.pylori (Hp) NikR are reported. EcNikR, a tetramer, binds up to 8 nickels per monomer. EcNikR contains two types of metal sites. The first one, a high affinity site, binds one nickel with a submicromolar dissociation constant. Other sites with a lower affinity are involved in a Ni(II) and pH dependant aggregation process. HpNikR and EcNikR share common metal binding properties such as the binding of different transition metals (Cu(II), Ni(II), Co(II)) in their high affinity sites. The high affinity sites of HpNikR are equal two by two. It has been proposed that metal binding in the two first sites allows protein closure that leads to metal binding in the last two sites. Metal incorporation in the high affinity sites seems to be enough to lead to Protein/DNA complex formation. However metal binding in a second stabilisation site enhances the complex stability. Depending on the operator sequence, the metal and the technique used, holo-HpNikR affinity to DNA varies. With an excess of Ni(II), HpNikR binds pureA and pnixA with a Kd of 2.5 and 1.7 nM but binds weakly pnikR and pexbB. With an excess of Ni(II) and Mn(II), HpNikR binds pnikR and pexbB with a Kd of 38 and 24 nM. Finally, FUR from H.pylori (HpFUR), an iron dependent metalloregulator, has been characterised in order to study its co-regulation with HpNikR on the nikR-exbB intergenic region. HpFUR is a dimer which contains at least two metal binding sites: a structural site and a regulatory site which would allow its activation and its DNA binding.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF