RT Dissertation/Thesis
T1 Funktion und Dynamik eines gemeinsamen Insertionskomplexes der Sec-Translokase und YidC-Insertase in der bakteriellen Membran
A1 Steudle,Anja
WP 2020/11/19
AB YidC/Oxa1/Alb3-Insertasen und das Sec-Translokon sind über alle drei Reiche des Lebens konserviert und stellen den wichtigsten Weg für integrale Proteine in Zellmembranen und Membranen von eukaryontischen Organellen dar. Die Insertion von Membranproteinen in die innere Membran von Gram-negativen Bakterien erfolgt hauptsächlich über die SecYEG-Translokase und die YidC-Insertase, die unabhängig voneinander oder in Kooperation miteinander agieren können. Für die kooperative Insertion wird ein enger Kontakt zwischen SecY und YidC vorausgesetzt. Aufgrund von früheren Interaktions-Studien und einer kürzlich gelösten Struktur des sogenannten Holotranslokons mit geringer Auflösung (14 Å) wird von einem Kontakt zwischen dem lateral gate von SecY und der hydrophoben Substratrutsche von YidC ausgegangen. Welche konkreten Domänen von YidC und SecY dabei direkt miteinander interagieren, war bisher nicht bekannt.
Ziel dieser Arbeit war es, den Kontakt zwischen SecY und YidC detaillierter zu beschreiben. In vitro wurde über FRET-Messungen mit Fluoreszenzfarbstoff-markiertem SecY und YidC eine hohe Affinität für die Interaktion der beiden Proteine sowohl in Detergens als auch in DOPC-Proteoliposomen ermittelt. Für die Stöchiometrie der SecY/YidC-Interaktion wurde der Faktor eins bestimmt. Um die genauen Kontakte zwischen SecY und YidC zu identifizieren, wurden in vivo Disulfid-Cross-Linking-Experimente durchgeführt. Es konnten direkte Kontakte zwischen der TM3 und TM8 des SecY lateral gates und der TM3 beziehungsweise TM5 der hydrophoben Substratrutsche von YidC gezeigt werden. Zudem wurde eine YidC-Mutante mit fünf Serin-Substitutionen, die den Wachstumsdefekt eines YidC-Depletionsstamms nicht wiederherstellen konnte, charakterisiert. Obwohl die Serin-Positionen alle in der Mitte und der periplasmatischen Hälfte der hydrophoben Rutsche von YidC liegen und vier der Positionen mit Substrat-Kontaktstellen übereinstimmen, konnte keine Inhibierung der Insertion der YidC-abhängigen Substrate M13 procoat und Pf3 coat durch die 5S Mutante im Vergleich zum Wildtyp beobachtet werden. Für die YidC-only Insertion scheint ein Minimum an Hydrophobizität nötig zu sein, das bei dieser Mutante nicht unterschritten wird. In vitro FRET-Experimente zeigten eine gestörte Interaktion zwischen SecY und dieser YidC 5S Mutante und bestätigten damit erneut eine Beteiligung der hydrophoben Rutsche am SecY/YidC-Kontakt. Anhand der ermittelten Cross-Link-Kontakte und der Ergebnisse der FRET-Messungen konnte ein mögliches Kontaktmodell erstellt werden, in dem das SecY lateral gate der hydrophoben Substrat-Rutsche und der sich zwischen TM3 und TM5 öffnenden hydrophilen Tasche von YidC gegenüber steht, wodurch sich eine gemeinsame SecY/YidC-Pore bildet. Die vorliegende Arbeit liefert damit weitere Beweise, dass das lateral gate der Sec-Translokase direkt mit der hydrophoben Substratrutsche von YidC interagiert. 
In einem weiteren Projekt wurde ein SecY-YidC-Fusionsprotein zur Sicherstellung eines engen Kontakts, der korrekten Orientierung der Proteine zueinander und der richtigen Stöchiometrie in rekonstituierten Proteoliposomen kloniert. Für eine gemeinsame Studie mit der ETH Zürich wurden Proteoliposomen, die das Fusionsprotein, SecYEG, YidC oder SecYEG zusammen mit YidC enthielten, von mir in Hohenheim hergestellt. Die schrittweise Insertion des Sec/YidC-abhängigen Substrats LacY in diese Proteoliposomen wurde von einer Arbeitsgruppe der ETH Zürich mithilfe der AFM-basierten Einzelmolekül-Kraftspektroskopie beobachtet. Die LacY-Insertion wird im Falle des Fusionsproteins und SecYEG in Kombination mit YidC von der Sec-Translokase dominiert, während YidC vermutlich nur eine unterstützende Rolle bei der Proteinfaltung einnimmt. 

K1 Proteintransport
K1 Lipidmembran
K1 Escherichia coli
K1 YidC-Insertase
K1 Förster-Resonanzenergietransfer
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2020/1824