RT Dissertation/Thesis
T1 Die Insertion des „minor coat“ Proteins G3P des Bakteriophagen M13 in die innere E. coli Membran benötigt die Insertase YidC und die Translokase SecYEG.
A1 Kleinbeck,Farina
WP 2021/10/12
AB Die Membran einer jeden Zelle bildet eine Begrenzung für diese kleinste Einheit einer Lebensform. Eine solche sehr einfache einzellige Lebensform stellt dabei auch ein gramnegatives Bakterium dar und deswegen ist auch Escherichia coli (E. coli) ein Modellorganismus für eine lebende Zelle. Durch deren innere Membran, werden dessen Zellbestandteile in unmittelbarer Nähe zusammengehalten und vom extrazellulären Milieu abgegrenzt. Die meisten Stoffe können diesen Lipidbilayer, der die Membran bildet, nicht einfach passieren, weshalb ein Import- und Exportsystem geschaffen werden musste, das dieses bewerkstelligt. Für dieses Import- und Exportsystem werden sehr komplexe teilweise mehrspännige Transmembranproteine benötigt. Beispiele dafür sind Ionenkanäle und Ionenpumpen, oder große Kanalkomplexe, über die die Energiegewinnung, die Sekretion von Toxinen und Botenstoffe stattfindet. Aber auch Proteine mit Funktionen im Periplasma oder der äußeren Membran müssen von ihrem Syntheseort Zytoplasma an ihren Zielort gelangen. Für diese vielseitigen Prozesse müssen Proteine in die innere Membran inseriert oder über diese transloziert werden. Vom Gesamtproteom in Prokaryoten werden etwa 25 bis 30 % entweder in die innere Membran inseriert oder sekretiert. In dieser Arbeit konnten einige Komponenten identifiziert werden, die für die Insertion des „minor coat“ Proteins G3P des M13 Bakteriophagen notwendig sind. Dieses Protein liegt für die Assemblierung des Phagenpartikels mit dem äußersten C-Terminus über ein einzelnes Transmembransegment in der inneren Membran verankert vor, während der Hauptteil des etwa 42 kDa großen Proteins im Periplasma ist. Mit Hilfe eines N-terminalen abspaltbaren Signalpeptids wird der Hauptanteil von G3P mit Hilfe von SecA und dem Membranpotential über SecYEG in das Periplasma transloziert. Das Targeting hingegen konnte nicht eindeutig einem der bekannten post- oder kotranslationalen Signalwegen zugeordnet werden. Zwar konnte in vivo über arretierte RNCs ein Kontakt mittels Disulfid Crosslinkstudien zu Ffh, der Proteinkomponente des Ribonukleoproteins SRP gezeigt werden, allerdings war die Insertion in die Membran in vivo unabhängig von Ffh und auch bei gestörter Interaktion zwischen SecY und FtsY, dem Rezeptor für SRP an der Membran, konnte G3P mittels SecYEG inseriert werden. Das Chaperon SecB konnte zwar in vitro an G3P binden, in vivo inserierte G3P ebenfalls SecB unabhängig. Möglich wäre für G3P auch ein SecA abhängiges Targeting. Für den Membraneinbau von G3P konnte gezeigt werden, dass in vivo neben SecYEG auch YidC benötigt wird. Mit Hilfe von Disulfid Crosslinkstudien konnte gezeigt werden, dass G3P zunächst über das Signalpeptid von G3P mit der Plug-Domäne TM2b und dem lateralen Tor (TM2a und TM7) in Kontakt tritt und schließlich das C-terminale Transmembransegment von G3P mit YidC über die TM3 und TM5 der hydrophilen Rutsche in die Membran gelangt. Anhand dieser Kontaktpunkte wurde ein mögliches Insertionsmodel bestätigt, wobei SecY und YidC definierte Schritte im Insertionsprozess vermitteln und somit neue Einblicke in diesen weitestgehend unbekannten Prozess liefern.
K1 Escherichia coli
K1 Bakteriophagen
K1 Proteintransport
K1 Sec Translokase
K1 YidC Insertase
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2021/1948