Structural Basis for Complex Formation between Human IRSp53 and the Translocated Intimin Receptor Tir of Enterohaemorrhagic E. coli & Structural Characterisation of Amorfrutins Bound to PPAR gamma

de Groot, Jens Christian

Enterohämorrhagische E. coli (EHEC) adhärieren an ihre Wirtszelle und induzieren lokale Aktinpolymerisation durch Translokation der Effektorproteine Tir und EspFU, welche intrazellulär mit Proteinen der humanen IRSp53-Familie und N-WASP interagieren. In dieser Studie wurde die Komplexstruktur der aminoterminalen Domäne von IRSp53 mit einem Tir-Peptid gelöst. Durch diese Interaktionen vernetzt sich das Bakterium mit der Aktinpolymerisationsmaschinerie der Wirtszelle. Die Struktur zeigt eine bislang unbekannte, spezifische Peptid-Bindungsstelle auf der Oberfläche von IMD, welche zwischen IRSp53 und dem homologen IRTKS konserviert ist. Das Asn-Pro-Tyr (NPY) Motiv des Tir, essentiell für die Ausbildung von Pseudopodien-ähnlichen Strukturen, wird hierbei spezifisch von dieser Bindungsstelle erkannt. Die Verifizierung der Interaktion erfolgte durch gezielte Mutagenese und in vivo Bindungsstudien. Amorfrutine wurden kürzlich als neue, ungiftige Naturstoffklasse identifiziert, welche eine hohe Affinität zum peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARg) aufweisen. Rosiglitazone, ein PPARg-Agonist, wird derzeitig zur Behandlung der Typ-II-Diabetes verwendet. Der Agonist steigert die Insulinsensitivität, führt aber zu Nebenwirkungen wie Gewichtszunahme. Amorfrutine erhöhen ebenfalls die Insulinsensitivität, verhindern aber eine übermäßige Fettspeicherung. Somit sind Amorfrutine eine vielversprechende Alternative zur Behandlung oder Prävention von Typ-II-Diabetes. In dieser Studie wird die Aktivierung von PPARg durch die derzeitig wirksamsten Amorfrutine, Amorfrutin 1, 2 und B strukturell charakterisiert. Die hochauflösenden Strukturen belegen eine, im Gegensatz zu Rosiglitazone, Helix H12 unabhängige Bindung und Aktivierung von PPARg. Da Amorfrutine ungiftige Naturstoffe sind, könnten diese nicht nur als alternative Medikation bei Typ-II-Diabetes ohne Nebenwirkungen dienen, sondern wären auch als Nahrungsergänzungsmittel zur Prävention solcher Krankheiten geeignet.

Actin assembly beneath enterohaemorrhagic E. coli (EHEC) attached to its host cell is triggered by the intracellular interaction of its translocated effector proteins Tir and EspFU with human IRSp53 family proteins and N-WASP. This study reveals the structure of the amino-terminal IMD domain of IRSp53 in complex with a peptide derived from the Tir sequence. This arrangement provides a protein scaffold linking the bacterium to the host cell's actin polymerisation machinery. The structure uncovers a novel, specific peptide binding site on the surface of the IMD, which is conserved between IRSp53 and its homologue IRTKS. The Tir Asn-Pro-Tyr (NPY) motif, which is essential for pedestal formation, is specifically recognised by this binding site. The site was confirmed by mutagenesis and in vivo binding assays. Amorfrutins were recently identified as a non-toxic class of natural products with high affinity to the peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARg). The PPARg agonist rosiglitazone is currently used in treatment of type II diabetes. It increases insulin sensitivity but has adverse effects such as weight gain. Amorfrutins were also shown to increase insulin sensitivity, but do not enhance undesired fat storage. Amorfrutins therefore represent a very promising alternative for treatment or prevention of type II diabetes. This study reveals the structural basis of PPARg activation by the currently most promising amorfrutins, amorfrutin 1, 2, and B. In contrast to rosiglitazone, the high resolution structures revealed that PPARg binding and activation by amorfrutins are helix H12-independant. Thus, the amorfrutins have not only the potential to work as alternative drugs to treat diseases like type II diabetes without the induction of adverse effects. These non-toxic naturally compounds may also act as a dietary supplement to prevent these diseases.

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de Groot, Jens Christian: Structural Basis for Complex Formation between Human IRSp53 and the Translocated Intimin Receptor Tir of Enterohaemorrhagic E. coli & Structural Characterisation of Amorfrutins Bound to PPAR gamma. 2012.

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