Charakterisierung von Wechselwirkungen zwischen dem Typ-III-Sekretionssystem und Stoffwechselenzymen pathogener Yersinien

Hofmann, Julia

Humanpathogene Yersinien besitzen in der Regel ein Typ III Sekretionssystem (T3SS). Dieses ermöglicht ihnen Effektoren (Yersinia outer proteins, Yops) über einen Injektionsapparat in Wirtszellen zu translozieren und so Immunreaktionen zu modulieren. Zu diesen translozierten Proteinen gehören YscM1 und YscM2 in Y. enterocolitica, das YscM1-homologe LcrQ in Y. pestis/pseudotuberculosis und das in allen humanpathogenen Yersinien vorkommende YopH, welches N-terminal homolog zu den YscM-Proteinen ist. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass YscM1, YscM2 und YopH die anaplerotische Phosphoenolpyruvatcarboxylase (PEPC) in Yersinien inhibieren. Außerdem ist auf eine Regulation der ATP produzierenden Pyruvatkinase (PK) durch diese T3SS Proteine spekuliert worden, was es in dieser Arbeit zu prüfen galt. Zudem sollte untersucht werden, ob YscM1, YscM2, LcrQ und YopH nach ihrer Translokation möglicherweise auch wirtszellulär stoffwechselmodulatorisch wirken. Zunächst erfolgte die Reinigung dieser rekombinant hergestellten T3SS Proteine sowie der Yersinia Stoffwechselenzyme PEPC und der PK Isoenzyme PykA und PykF im Milligrammmaßstab. Nach anschließender Proteincharakterisierung identifizierten die Yersinia PK-Interaktionstudien die YscM Proteine als Bindungspartner. Dabei zeigte YscM1 einen aktivierenden Einfluss auf beide PK Isoenzyme. Auch die Interaktionsanalysen mit Säuger PKs deuteten auf eine durch die YscM Proteinbindung ausgelöste PKM1 Konformationsänderung hin, die sich stimulierend auf die PK-Aktivität auswirkte. PEPC Wechselwirkungsstudien wiesen LcrQ als Interaktionspartner nach. Dabei zeigte LcrQ im Vergleich zu YscM1 einen stärker inhibierenden Einfluss auf die PEPC. Diese Ergebnisse spiegeln eine gezielte Stoffwechselmodulierung durch die T3SS Proteine wider, die auch wirtszellulär eine Rolle spielen könnte. Da PK und PEPC zu den zentralen Stoffwechselknotenpunkten zählen und die PEPC zudem nicht in Säugern vorkommt, stellen diese Enzyme potenzielle Wirkstoffziele dar.

Yersiniae pathogenic to human typically harbor a type III secretion system (T3SS). This allows them to translocate effectors (Yersinia outer proteins, Yops) via an injection apparatus into host cells and thus to modulate immune responses. These translocated proteins include YscM1 and YscM2 in Y. enterocolitica, the YscM1 homologue LcrQ in Y. pestis/pseudotuberculosis and the in all human pathogenic Yersinia occurring YopH, which is N-terminal homologous to the YscM-proteins. Previous work has shown that YscM1, YscM2 and YopH inhibit the anaplerotic phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) in yersiniae. Furthermore, a regulation of the ATP-producing pyruvate kinase (PK) by these T3SS proteins has been presumed, which should be examined in this work. In addition, it was intended to investigate, whether YscM1, YscM2, LcrQ and YopH also act as modulators of host cell metabolism after their translocation. First, the T3SS proteins as well as the Yersinia metabolic enzymes PEPC and PK isoenzymes PykA and PykF were recombinantly produced and purified in milligram scale. After subsequent protein characterisation, Yersinia PK interaction studies identified the YscM proteins as binding partners. Specifically, YscM1 activated both Yersinia PK isoenzymes. Moreover, the interaction analyses with mammalian PKs indicated a conformational change induced by the YscM protein binding, which had a stimulating effect on PK activity. An interaction of LcrQ with PEPC demonstrated LcrQ as an interaction partner. Thereby, LcrQ had a stronger inhibiting effect on PEPC than YscM1. These results reflect a selective modulation of the metabolism by the T3SS proteins, which could also play a role in the host cell. Since PK and PEPC belong to major metabolic nodal points and since PEPC does not occur in mammals, these enzymes represent potential drug targets.

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Hofmann, Julia: Charakterisierung von Wechselwirkungen zwischen dem Typ-III-Sekretionssystem und Stoffwechselenzymen pathogener Yersinien. 2013.

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