Polymorphismus von Yersinia enterocolitica YscM2 und seine Auswirkungen auf die Oligomerisierung von YscM2 sowie die Wechselwirkung mit dem Chaperon SycH

Kerrinnes, Tobias

Yersinia enterocolitica (Ye) nutzt ein Typ-III- Sekretionssystem, um Effektorproteine (Yops) in verschiedene Wirtszellen zu injizieren und so die Immunabwehr des Wirtes zu unterwandern. Ein wichtiger Regulator der Expression der yop Gene ist YscM1. Durch eine Duplikation von yscM1 besitzt Ye eine zweite Kopie des Gens, yscM2. YscM1 und YscM2 sind auf Proteinebene zu 57 % identisch und nur die Deletion beider Gene führt zu einer Fehlregulation der yop Expression. Demzufolge wurde für beide Proteine eine funktionelle Redundanz postuliert. Diese Annahme sollte in dieser Arbeit zunächst mittels PCR und durch DNA-Sequenzanalysen untersucht werden. Dabei stellte sich heraus, dass sich das yscM2 Gen unter einem spezifischen Selektionsdruck unabhängig von yscM1 in zwei hochkonservierte Sequenztypen weiterentwickelt hat, aus denen zwei funktionelle YscM2 Isoformen (YscM2Bt2-5 und YscM2Bt1B) resultieren. Dabei korrelieren die beiden YscM2 Isoformen mit phylogenetisch getrennten Biotypen bzw. Subspezies von Ye, was eine Bedeutung von YscM2 für die unterschiedliche Ökologie dieser Gruppen nahelegt. In Gelfiltrationsanalysen erwies sich YscM2Bt2-5 als Monomer-Dimer Gemisch und YscM2Bt1B als reines Monomer. Mittels Gelfiltration, Biacore und nativer Gelelektrophorese wurde für die beide monomeren Teilpopulationen der YscM2 Isoformen eine Interaktion mit ihrem Chaperon SycH gezeigt, was deren biologische Aktivität beweist. Eine Komplexierung der dimeren Form von YscM2Bt2-5 mit SycH konnte nicht nachgewiesen werden. Mit Röntgenkleinwinkelstreuanalysen konnte die Molekülgestalt von YscM2Bt1B und SycH sowie deren Komplex ermittelt werden. Dabei erwies sich SycH als Tetramer, was dem etablierten Modell eines Dimers widerspricht und zu einem neuen Modell der Chaperon-Effektor Wechselwirkung führt.

Yersinia enterocolitica (Ye) utilizes a type III secretion system to inject effector proteins (Yops) into various host cells and thus to subvert the immune response of the host. An important regulator of the expression of yop genes is YscM1. As a result of gene duplication, Ye carries a second copy of the gene, called yscM2. YscM1 and YscM2 share 57% identical at the protein level and only the deletion of both genes in parallel leads to a defective regulation of yop expression in Ye. This finding prompted the hypothesis that the two proteins are functionally redundant. In this study the redudancy hypothesis should be challenged first on the genetic level. I was able to show that the gene yscM2 evolved independently from yscM1 under a specific selection pressure into two highly conserved sequence types of the yscM2 gene, resulting in two functional isoforms of the YscM2 protein (YscM2Bt2-5 and YscM2Bt1B). These YscM2 isoforms correlate with the phylogenetically distinct biotypes and subspecies of Ye, indicating a role of YscM2 for the different ecology of these separated groups. In size exclusion chromatography YscM2Bt2-5 proved as a monomer-dimer mixture whereas YscM2Bt1B eluted as a pure monomer. Applying Biacore, size exclusion chromatography and native gel electrophoresis the binding of both monomeric sub-populations of YscM2 isoforms to their specific chaperon SycH was demonstrated which proves their biological activity. Interestingly, an interaction of the dimeric form of YscM2Bt2-5 with SycH could not be detected. Small angle X-ray scattering (SAXS) analysis provided a 3D model of the shape of YscM2Bt1B, SycH and the complex of both was determined. Moreover, SAXS analysis revealed a SycH tetramer, which is contrary to the established model of a dimeric structure and leads to a new model of the chaperone-effector interaction.

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Kerrinnes, Tobias: Polymorphismus von Yersinia enterocolitica YscM2 und seine Auswirkungen auf die Oligomerisierung von YscM2 sowie die Wechselwirkung mit dem Chaperon SycH. 2011.

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