H-NS binding on dicA promoter DNA inhibits dicA gene expression

H-NS binds to promoter DNA and works as a general transcription silencer. DicA protein, by binding to the promoter DNA of dicA, activates dicA expression and at the same time inhibits expression of dicF and dicB, thus, exerting cell division control in Escherichia coli. H-NS complexed with a nucleoid protein Cnu was known to be involved in dicA expression. However, the exact nature of H-NS binding to dicA promoter DNA and the consequences of H-NS binding in expression of dicA is not clear. In this study, we explored the DNA binding activity of H-NS on the promoter DNA of dicA and found that H-NS binding occurs exclusively to the dicA promoter DNA. We never observed, however, H-NS binding at the vicinity of the dicA promoter. Temperature dependent oligomerization of H-NS was observed during DNA binding and the Cnu protein enhances the oligomerization process of H-NS binding. In vivo measurement of dicA expression in an hns deleted strain showed that dicA expression increased. These results demonstrated that H-NS binds specifically to dicA promoter DNA and functions as a transcription silencer.

dicA promoter DNA에 붙는 H-NS 단백질에 의한 dicA 유전자의 발현 조절

H-NS는 대장균에서 DNA 결합 단백질로 수많은 유전자의 발현에 영향을 주는 것으로 잘 알려져 있다. DicA 단백질은 dicF, dicB의 발현을 억제하여 대장균의 분열을 조절한다. dicA의 발현에 Cnu, H-NS의 관여 여부는 CnuK9E 돌연변이가 $37^{\circ}C$에서 dicA의 발현을 억제하여 대장균이 길게 자라는 현상을 일으키며 처음 알려졌다. 하지만 Cnu와 H-NS 두 단백질이 어떻게 dicA의 발현을 조절하는지에 대한 분자적인 기작 연구는 잘 되어있지 않다. 본 연구에서 H-NS가 dicA와 dicC 유전자의 프로모터 부근에 염기서열 특이적으로 결합하며, $37^{\circ}C$ 보다 $25^{\circ}C$에서 DNA 더 잘 결합하는 것을 확인하였다. 그리고 EMSA를 통해 Cnu는 H-NS의 DNA 결합의 oligomeric state를 변화시키는 방식으로 작용하는 것을 보여주었다. In vivo transcription assay와 real time PCR을 통해 H-NS가 제거된 대장균에서 dicA 프로모터 활성이 높아지고, 분열 초기 dicA의 발현이 조절 받지 못하고 증가하는 것으로 보아, H-NS는 dicA의 발현에 억제자로서 기능한다.