<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Iron is one of the most important micronutrients used by bacteria, essential for their basic metabolism. Over 70% of bioavailable iron in mammals is in the heme molecule. Gram-negative pathogenic bacteria during colonization and infection of the host organism use heme as the main source of iron. Bacteria have developed two types of outer membrane receptors/transporters involved in the heme uptake. The first one focuses on the receptors recognizing heme or hemoproteins and transporting the ligand through the outer membrane. The second type of receptor recognizes and takes up heme in a complex with a hemophore, a small protein released from a bacterial cell. Microorganisms have developed appropriate transcriptional and post-transcriptional mechanisms that control the iron/ heme uptake, protecting against their toxic excess. One of the most important regulatory systems is based on the functioning of the Fur protein, a repressor of gene transcription. More and more is known about the role of non-coding RNAs in post-transcriptional regulation of Fur regulon gene expression.
1. Introduction. 2. Hem and heme compounds in the host organism. 3. Binding and transport of heme through bacterial wall and membranes. 3.1. Active transport of heme through the outer membrane of Gram-negative bacteria. 3.2. ATP-dependent transport across the cytoplasmic membrane. 4. Regulation of gene expression of heme uptake. 4.1. Characteristics of Fur protein. 4.2. Fur-DNA interaction. 4.3. Regulation of <italic>fur</italic> gene expression in <italic>E. coli</italic>. 4.4. Fur as a global regulator of gene expression in <italic>E. coli</italic>. 4.5. Other mechanisms for controlling the expression of heme uptake genes. 5. Summary
</abstract>

Iron is one of the most important micronutrients used by bacteria, essential for their basic metabolism. Over 70% of bioavailable iron in mammals is in the heme molecule. Gram-negative pathogenic bacteria during colonization and infection of the host organism use heme as the main source of iron. Bacteria have developed two types of outer membrane receptors/transporters involved in the heme uptake. The first one focuses on the receptors recognizing heme or hemoproteins and transporting the ligand through the outer membrane. The second type of receptor recognizes and takes up heme in a complex with a hemophore, a small protein released from a bacterial cell. Microorganisms have developed appropriate transcriptional and post-transcriptional mechanisms that control the iron/ heme uptake, protecting against their toxic excess. One of the most important regulatory systems is based on the functioning of the Fur protein, a repressor of gene transcription. More and more is known about the role of non-coding RNAs in post-transcriptional regulation of Fur regulon gene expression.
1. Introduction. 2. Hem and heme compounds in the host organism. 3. Binding and transport of heme through bacterial wall and membranes. 3.1. Active transport of heme through the outer membrane of Gram-negative bacteria. 3.2. ATP-dependent transport across the cytoplasmic membrane. 4. Regulation of gene expression of heme uptake. 4.1. Characteristics of Fur protein. 4.2. Fur-DNA interaction. 4.3. Regulation of fur gene expression in E. coli. 4.4. Fur as a global regulator of gene expression in E. coli. 4.5. Other mechanisms for controlling the expression of heme uptake genes. 5. Summary

Mechanisms Of Functioning And Control Of Heme Uptake In Gram-Negative Pathogenic Bacteria

Advancements of Microbiology

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

<trans-abstract xml:lang="pl" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Żelazo jest jednym z istotniejszych mikroelementów wykorzystywanych przez bakterie, niezbędnym dla metabolizmu podstawowego komórki. Ponad 70% biodostępnego żelaza w organizmach ssaków znajduje się w cząsteczce hemu. Gram-ujemne bakterie patogenne podczas kolonizacji organizmu gospodarza wykorzystują hem jako główne źródło żelaza. Bakterie wykształciły dwa typy receptorów/transporterów błony zewnętrznej zaangażowanych w pobieranie cząsteczki hemu. Pierwszy z nich skupia receptory rozpoznające hem wolny lub związany w hemoproteinach i transportujące ligand przez błonę zewnętrzną. Drugi typ receptorów rozpoznaje i transportuje hem w kompleksie z hemoforem, niskocząsteczkowym białkiem uwalnianym z komórki bakteryjnej. Mikroorganizmy wykształciły transkrypcyjne i potranskrypcyjne mechanizmy kontrolujące proces transportu żelaza/hemu, chroniące przed ich toksycznym nadmiarem. Jeden z ważniejszych mechanizmów regulujących opiera się na funkcjonowaniu białka Fur, represora transkrypcji genów. Coraz więcej wiadomo o roli niekodujących RNA w potranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów regulonu Fur.
1. Wprowadzenie. 2. Hem i związki hemu w organizmie gospodarza. 3. Wiązanie i transport hemu przez osłony bakteryjne. 3.1. Aktywny transport hemu przez błonę zewnętrzną bakterii Gram-ujemnych. 3.2. Transport przez błonę cytoplazmatyczną zależny od ATP. 4. Regulacja ekspresji genów systemów transportu i pozyskiwania hemu. 4.1. Charakterystyka białka Fur. 4.2. Oddziaływanie Fur-DNA. 4.3. Regulacja ekspresji <italic>fur</italic> u <italic>E. coli</italic>. 4.4. Fur jako globalny regulator ekspresji genów u <italic>E. coli</italic>. 4.5. Inne mechanizmy kontroli ekspresji systemów transportu i pozyskiwania hemu. 5. Podsumowanie
</trans-abstract>

Żelazo jest jednym z istotniejszych mikroelementów wykorzystywanych przez bakterie, niezbędnym dla metabolizmu podstawowego komórki. Ponad 70% biodostępnego żelaza w organizmach ssaków znajduje się w cząsteczce hemu. Gram-ujemne bakterie patogenne podczas kolonizacji organizmu gospodarza wykorzystują hem jako główne źródło żelaza. Bakterie wykształciły dwa typy receptorów/transporterów błony zewnętrznej zaangażowanych w pobieranie cząsteczki hemu. Pierwszy z nich skupia receptory rozpoznające hem wolny lub związany w hemoproteinach i transportujące ligand przez błonę zewnętrzną. Drugi typ receptorów rozpoznaje i transportuje hem w kompleksie z hemoforem, niskocząsteczkowym białkiem uwalnianym z komórki bakteryjnej. Mikroorganizmy wykształciły transkrypcyjne i potranskrypcyjne mechanizmy kontrolujące proces transportu żelaza/hemu, chroniące przed ich toksycznym nadmiarem. Jeden z ważniejszych mechanizmów regulujących opiera się na funkcjonowaniu białka Fur, represora transkrypcji genów. Coraz więcej wiadomo o roli niekodujących RNA w potranskrypcyjnej regulacji ekspresji genów regulonu Fur.
1. Wprowadzenie. 2. Hem i związki hemu w organizmie gospodarza. 3. Wiązanie i transport hemu przez osłony bakteryjne. 3.1. Aktywny transport hemu przez błonę zewnętrzną bakterii Gram-ujemnych. 3.2. Transport przez błonę cytoplazmatyczną zależny od ATP. 4. Regulacja ekspresji genów systemów transportu i pozyskiwania hemu. 4.1. Charakterystyka białka Fur. 4.2. Oddziaływanie Fur-DNA. 4.3. Regulacja ekspresji fur u E. coli. 4.4. Fur jako globalny regulator ekspresji genów u E. coli. 4.5. Inne mechanizmy kontroli ekspresji systemów transportu i pozyskiwania hemu. 5. Podsumowanie

Iron is one of the most important micronutrients used by bacteria, essential for their basic metabolism. Over 70% of bioavailable iron in mammals is in the...

Mechanisms Of Functioning And Control Of Heme Uptake In Gram-Negative Pathogenic Bacteria

Article Category: article

Published Online: Dec 31, 2019

Page range: 415 - 426

Received: Jul 01, 2019

Accepted: Sep 01, 2019

DOI: https://doi.org/10.21307/PM-2019.58.4.415

© 2019 Karolina Jaworska et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Ryc. 1.

Ryc. 2.