Insights into Klebsiella pneumoniae type VI secretion system transcriptional regulation.

BACKGROUND: Klebsiella pneumoniae (KP) is an opportunistic pathogen that mainly causes respiratory and urinary tract infections. The frequent occurrence of simultaneously virulent and multiple drug-resistant isolates led WHO to include this species in the list of top priorities for research and development of therapeutic alternatives. The comprehensive knowledge of the molecular mechanisms underlying KP virulence may lead to the proposal of more efficient and specific drugs. One of its virulence factors is the Type VI Secretion System (T6SS), which contributes to bacterial competition, cell invasion and in vivo colonisation. Despite the few studies showing the involvement of T6SS in KP pathogenesis, little is known concerning the regulation of its expression. The understanding of regulatory mechanisms may give more clues about the function of the system and the possibilities of future interference in this process. This work aimed to standardise the annotation of T6SS genes in KP strains and identify mechanisms of their transcriptional regulation through computational predictions. RESULTS: We analyzed the genomes of Kp52.145, HS11286 and NTUH-K2044 strains to perform a broad prediction and re-annotation of T6SS genes through similarity searches, comparative and linear discriminant analysis. 38 genes were found in Kp52.145, while 29 in HS11286 and 30 in NTUH-K2044. Genes coding for iron uptake systems are encoded in adjacencies of T6SS, suggesting that KP T6SS might also play a role in ion import. Some of the T6SS genes are comprised in syntenic regions. 17 sigma 70-dependent promoter regions were identified in Kp52.145, 12 in HS11286 and 12 in NTUH-K2044. Using VirtualFootprint algorithm, binding sites for 13 transcriptional regulators were found in Kp52.145 and 9 in HS11286 and 17 in NTUH-K2044. Six of them are common to the 3 strains: OxyR, H-NS, RcsAB, GcvA, Fis, and OmpR. CONCLUSIONS: The data presented herein are derived from computational analysis. Although future experimental studies are required to confirm those predictions, they suggest that KP T6SS might be regulated in response to environmental signals that are indeed sensed by the bacteria inside the human host: temperature (H-NS), nutrition-limitation (GcvA and Fis), oxidative stress (OxyR) and osmolarity (RscAB and OmpR).

Caracterização de mecanismos de regulação transcricional dos genes do sistema de secreção do tipo VI em Klebsiella pneumoniae / Characterization of mechanisms of transcriptional regulation of genes in the type VI secretion system in Klebsiella pneumoniae

Klebsiella pneumoniae é um patógeno oportunista que causa principalmente infecções respiratórias e do trato urinário. A ocorrência frequente de isolados virulentos resistentes a múltiplas drogas levou a inclusão dessa espécie na lista da OMS das principais prioridades para pesquisa e desenvolvimento de alternativas terapêuticas. O conhecimento abrangente dos mecanismos moleculares subjacentes à virulência da K. pneumoniae pode levar à proposta de medicamentos mais eficientes e específicos. O Sistema de Secreção Tipo VI (T6SS) contribui para a competição bacteriana, invasão celular e colonização in vivo. Apesar dos estudos que mostram o envolvimento do T6SS na patogênese da K. pneumoniae, pouco se conhece sobre a regulação de sua expressão. O entendimento dos mecanismos regulatórios pode fornecer pistas sobre a função desse sistema e contribuir para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para o tratamento de infecções por K. pneumoniae. Esse trabalho teve como objetivo identificar mecanismos de regulação transcricional dos genes do T6SS de K. pneumoniae

Para isso, analisamos os genomas de três cepas (Kp52.145, HS11286 e NTUH-K2044) de forma a predizer e padronizar a anotação dos genes de T6SS através de buscas de similaridade. Foram encontrados 38 genes do T6SS em Kp52.145, 29 em HS11286 e 30 em NTUH-K2044. Nas adjacências dos genes do T6SS foram encontrados genes envolvidos em sistemas de captação de ferro, sugerindo que o T6SS de K. pneumoniae também pode desempenhar um papel na importação de íons. Foram identificadas 17 regiões promotoras dependentes de σ70 em Kp52.145, 12 em HS11286 e 12 em NTUH-K2044. Identificamos ainda 17, 12 e 15 sequências promotoras a partir dos sítios putativos de σ54. Também identificamos 165 sítios de ligação para reguladores transcricionais em Kp52.145, 125 em HS11286 e 134 em NTUH-K2044. Nossos resultados in silico sugerem que o T6SS de K. pneumoniae seja regulado em resposta a sinais ambientais e devem direcionar experimentos in vitro que testem a resposta de K. pneumoniae a variações de temperatura (H-NS), de nutrientes (GcvA e Fis), estresse oxidativo (OxyR) e osmolaridade (RscAB e OmpR). (AU)