Identification of functional binding partners of Listeria monocytogenes DivIVA

Kaval, Karan Gautam

DivIVA ist ein hoch-konserviertes Zellteilungsprotein in Firmicutes und Actinobacteria, und besitzt die Fähigkeit an konkave Membranbereiche an der Zellteilungsstelle und den Zellpolen zu binden Ihre unterschiedlichen Funktionen in Zellwachstum und Zellteilung nehmen DivIVA-Proteine durch die Interaktion mit spezies-spezifischen Interaktionspartnern wahr. Bisher war bekannt, dass DivIVA aus dem humanpathogenen Bakterium Listeria monocytogenes die Sekretion von Autolysinen über die SecA2-ATPase steuert. Eine Rolle in der Kontrolle der Zellteilung durch Beeinflussung des MinCDJ-System, wie in der nahe verwandten Art Bacillus subtilis, war bislang nicht offensichtlich. Im Gegensatz zu den Erwartungen, konnten genetische Studien keine Interaktion von DivIVA mit SecA2 oder seinen Autolysinsubstraten detektieren, stellten aber einen klaren Zusammenhang zwischen DivIVA und den Komponenten des L. monocytogenes Min-Systems heraus. Die Interaktionen zwischen DivIVA und den Komponenten des Min-Systems sind interessanterweise nicht strikt linear, wie in B. subtilis, sondern gegabelt. Die zunächst ununterscheidbaren divIVA- und secA2-Phänotypen stellten sich in phänotypischen Studien als eindeutig voneinander abgrenzbar heraus. Der divIVA-Phänotyp ist demnach eine Kombination aus dem Tochterzellsegregations-Defekt der secA2-Mutante und dem Zellteilungsdefekt einer minCD-Mutante. Somit beeinflusst DivIVA sowohl die SecA2-abhängige Autolysinsekretion als auch die Positionierung des Zellteilungsrings durch MinCDJ. Als Ergebnis einer Transposonmutagenese mit dem ursprünglichen Ziel der Identifikation weiterer, möglicher DivIVA-Interaktionspartner, wurde eine Tn-Mutante im regulatorischen lmo0719-0720-Operon isoliert. Phänotypische Untersuchungen zeigten, dass beide Gene in keinem offensichtlichen Zusammenhang mit DivIVA stehen. Lmo0719 kodiert für einen PadR-ähnlichen Repressor und Lmo0720 für ein hypothetisches Protein unbekannter Funktion. Es wurde gezeigt, dass Lmo0719 notwendig für die Invasion von L. monocytogenes in Wirtszellen ist und die Expression des Multidrug resistance transporters Lmo0979-0980 kontrolliert. In Abwesenheit von Lmo0719 kommt es zur massiven Derepression der lmo0979-Expression. Vermutlich ist die Derepression des lmo0979-0980-Operons als Ursache des Invasionsdefekts der lmo0719-Mutante anzusehen.

DivIVA is a widely conserved protein found in firmicutes and actinobacteria, and has the capability of binding negatively-curved membrane regions such as those at division sites and cell poles. The varied morphogenetic functions of DivIVA orthologs in different bacterial species are postulated to arise from its ability to bind to an assortment of species-specific interaction partners. Previous studies have shown that in L. monocytogenes, DivIVA not only seems to influence the secretion of autolysins via the accessory ATPase SecA2, but also seems to play no conspicuous role in the Min system-based division-site selection process during cell division, which is in contrast to that observed in its close relative, B. subtilis. Genetic studies showed no detectable association of DivIVA with either SecA2 or its autolysin substrates; however, L. monocytogenes DivIVA did show a clear association with components of the Min system, though in a manner that is postulated to be bifurcated rather than the linear mode of interaction that is observed in B. subtilis. The visually indistinguishable divIVA and secA2 deletion mutant phenotypes of L. monocytogenes were also shown to be distinct, with the divIVA deletion mutant phenotype being a combination of a secA2 mutant-like cell separation defect and a cell elongation defect. DivIVA was therefore revealed to serve a dual function in L. monocytogenes, namely to control the secretion of SecA2-dependent autolysins as well as to modulate the process of division-site selection via the Min system. A genome-wide, transposon mutagenesis-based approach to decipher additional interaction partners of L. monocytogenes DivIVA, led to the identification of an uncharacterized regulatory gene operon lmo0719-720. Preliminary phenotypic and proteomic analysis have indicated Lmo0719 and Lmo0720 to be a putative PadR-like repressor protein and a hypothetical protein of unknown function, respectively. Lmo0719 turned out to be essential for efficient invasion of L. monocytogenes into eukaryotic host cells and was shown to modulate the expression of a putative multi-drug resistance efflux pump encoded by the lmo0979-980 operon. Possibly, massive derepression of lmo0979-0980 is the cause for the invasion defect of the lmo0719 mutant.

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Kaval, Karan Gautam: Identification of functional binding partners of Listeria monocytogenes DivIVA. 2015.

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