The regulon of Brucella abortus two- component system BvrR/BvrS reveals the coordination of metabolic pathways required for intracellular life

Abstract

Brucella abortus is a facultative intracellular pathogen causing a severe zoonotic disease

worldwide. The two-component regulatory system (TCS) BvrR/BvrS of B. abortus is con- served in members of the Alphaproteobacteria class. It is related to the expression of genes

required for host interaction and intracellular survival. Here we report that bvrR and bvrS are part of an operon composed of 16 genes encoding functions related to nitrogen metabolism,

DNA repair and recombination, cell cycle arrest, and stress response. Synteny of this geno- mic region within close Alphaproteobacteria members suggests a conserved role in coordi- nating the expression of carbon and nitrogen metabolic pathways. In addition, we performed

a ChIP-Seq analysis after exposure of bacteria to conditions that mimic the intracellular environment. Genes encoding enzymes at metabolic crossroads of the pentose phosphate shunt, gluconeogenesis, cell envelope homeostasis, nucleotide synthesis, cell division, and virulence are BvrR/BvrS direct targets. A 14 bp DNA BvrR binding motif was found and

investigated in selected gene targets such as virB1, bvrR, pckA, omp25, and tamA. Under- standing gene expression regulation is essential to elucidate how Brucella orchestrates a

physiological response leading to a furtive pathogenic strategy.

Brucella abortus es un patógeno intracelular facultativo que causa una grave enfermedad zoonótica en todo el mundo. El sistema regulador de dos componentes (TCS) BvrR/BvrS de B. abortus es en los miembros de la clase Alphaproteobacteria. Está relacionado con la expresión de genes necesarios para la interacción con el huésped y la supervivencia intracelular. Aquí informamos de que bvrR y bvrS son parte de un operón compuesto por 16 genes que codifican funciones relacionadas con el metabolismo del nitrógeno, reparación y recombinación del ADN, detención del ciclo celular y respuesta al estrés. La sintenia de esta región génica en miembros cercanos de Alphaproteobacteria sugiere un papel conservado en la expresión de las vías metabólicas del carbono y el nitrógeno. Además, realizamos un análisis ChIP-Seq tras la exposición de las bacterias a condiciones que imitan el entorno intracelular. Los genes que codifican enzimas en las encrucijadas metabólicas de la pentosa fosfato, la gluconeogénesis, la homeostasis de la envoltura celular, la síntesis de nucleótidos, la división celular y la virulencia son objetivos directos de BvrR/BvrS. Se encontró un motivo de unión de BvrR a 14 pb de ADN y se ha investigado en objetivos genéticos seleccionados como virB1, bvrR, pckA, omp25 y tamA. En la expresión génica es esencial para dilucidar cómo Brucella orquesta una respuesta fisiológica que conduce a una estrategia patogénica furtiva.