Browsing by Author "Mets, Toomas"

Filter results by typing the first few letters
Now showing 1 - 4 of 4
  • Thumbnail Image
    Item
    A hyperpromiscuous antitoxin protein domain for the neutralization of diverse toxin domains
    (PNAS, 2022-02-04) kurata, Tatsuki; Saha, Chayan Kumar; Buttress, Jessica A.; Mets, Toomas; Brodiazhenko, Tetiana; Turnbull, Kathrin J; Awoyomi, Ololade F.; Oliveira, Sofia Raquel Alves; Jimmy, Steffi; Ernits, Karin; Delannoy, Maxence; Persson, Karina; Tenson, Tanel; Strahl, Henrik; Haurilyiuk, Vasili; Atkinson, Gemma C
    Toxin–antitoxin (TA) gene pairs are ubiquitous in microbial chromosomal genomes and plasmids as well as temperate bacteriophages. They act as regulatory switches, with the toxin limiting the growth of bacteria and archaea by compromising diverse essential cellular targets and the antitoxin counteracting the toxic effect. To uncover previously uncharted TA diversity across microbes and bacteriophages, we analyzed the conservation of genomic neighborhoods using our computational tool FlaGs (for flanking genes), which allows high-throughput detection of TA-like operons. Focusing on the widespread but poorly experimentally characterized antitoxin domain DUF4065, our in silico analyses indicated that DUF4065-containing proteins serve as broadly distributed antitoxin components in putative TA-like operons with dozens of different toxic domains with multiple different folds. Given the versatility of DUF4065, we have named the domain Panacea (and proteins containing the domain, PanA) after the Greek goddess of universal remedy. We have experimentally validated nine PanA-neutralized TA pairs. While the majority of validated PanA-neutralized toxins act as translation inhibitors or membrane disruptors, a putative nucleotide cyclase toxin from a Burkholderia prophage compromises transcription and translation as well as inducing RelA-dependent accumulation of the nucleotide alarmone (p)ppGpp. We find that Panacea-containing antitoxins form a complex with their diverse cognate toxins, characteristic of the direct neutralization mechanisms employed by Type II TA systems. Finally, through directed evolution, we have selected PanA variants that can neutralize noncognate TA toxins, thus experimentally demonstrating the evolutionary plasticity of this hyperpromiscuous antitoxin domain.
  • Thumbnail Image
    Item
  • Thumbnail Image
    Item
    RNA fragmentation by MazF and MqsR toxins of Escherichia coli
    (2019-04-04) Mets, Toomas; Kaldalu, Niilo, juhendaja; Tartu Ülikool. Loodus- ja täppisteaduste valdkond
    Bakterite elu on täis väljakutseid: nad peavad toime tulema ohtlike kemikaalide, vaenulike naabrite ja toitainete puudusega. Erinevate ohtude vastu võitlemiseks on bakteritel välja arenenud mitmed stressile reageerimise mehhanismid. Bakteriaalsed toksiin-antitoksiin süsteemid on väikesed parasiitsed üksused, millest mõned on rakud suutnud värvata stressivastuse radadesse. Nendelt geneetilised üksustelt toodetakse raku kasvu pärssivat toksilist valku ja seda inaktiveerivat antitoksiini. Kuna antitoksiinid on ebastabiilseid tuleb neid stabiilsete toksiinide kontrolli all hoidmiseks pidevalt juurde toota. Seega, kui moodul peaks kaotsi minema või antitoksiinide tootmine on takistatud, vabanevad toksiinid ning pärsivad rakkude kasvu. Stressivastuses osalevaid toksiine peetakse peamiselt kasvuregulaatoriteks, mis vastusena kahjulikele teguritele vähendavad rakkude metaboolset aktiivsust. Hiljutised uurimused väidavad, et osadel toksiin-antitoksiini süsteemidel on rakus keerukam funktsioon - nad reguleerivad spetsiifiliste geenide avaldumist. Selle kõige silmapaistvamaks näiteks on Escherichia coli endoribonukleaasist toksiin MazF, mis arvatakse erinevate stresside korral ümberprogrammeerivat kogu raku translatsioonilise masinavärgi. Spekuleeritakse, et MazF muudab ribosoomide translatsioonilist eelistust eemaldades 16S rRNA küljest anti-Shine-Dalgarno järjestuse. Sellised ribosoomid arvatakse transleerivat kärbitud 5’ otstega stressiga seotud geenide mRNA-sid, mis on samuti MazFi poolt tekitatud. Me uurisime RNA lõikamist MazFi ja teise endoribonukelasse toksiini, MqsRi, poolt Escherichia colis ning ei näinud mingeid tõendeid, mis toetaks sellist keerukat translatsiooni ümberprogrammeerimise mehhanismi. Me näeme, et MazF ja MqsR käituvad ainult kui kasvupärssijad, mis lõikavad kõike kättesaadavat struktureerimata RNA-d. Traditsiooniliselt peetakse Escherichia coli endoribonukleaasidest toksiine ainult mRNA lagundajateks, kuid meie andmed viitavad sellele, et kasvu pidurdatakse ka läbi prekursor rRNA-de lagundamise.
  • Thumbnail Image
    Item