Effector Protein SidM from Legionella pneumophila in complex with the Human protein Rab1A

Mullapudi, Edukondalu

Rab1 ist eine kleine GTPase, die den intrazellulären Transport zwischen endoplasmatischem Retikulum (ER) und Golgi-Apparat reguliert. Wie bei GTPasen üblich, wird zytosolisches Rab1 durch einen spezialisierten GDP-Dissoziations-Inhibitor (GDI) in einem GDP-gebundenen, inaktiven Zustand gehalten. Um Rab1 zu aktivieren, wird ein GDI-displacement factor (GDF) benötigt, der GDI entfernt, wonach ein GTP exchange factor (GEF) GDP-Freigabe induziert, was zur Aktivierung durch Bindung von GTP führt. SidM ist ein Effektor protein aus dem Typ IV Sekretionssystem von Legionella pneumophila, das sowohl GEF- als auch GDF-Aktivität für Rab1 hat. Intrazelluläre Legionellen rekrutieren Rab1 mit SidM zu der Wirtszell-Vakuole, in der sie sich befinden (Legionella-containing vacuole, LCV). Dies trägt zur Bildung einer spezialisierten Vakuole bei, die dem rauen ER ähnelt. Die Vakuole dient L. pneumophila als Replikations-Nische, die vor der Fusion mit Lysosomen geschützt ist. Um die SidM/Rab1-Komplexbildung auf atomarer Ebene zu verstehen, wurden die zentralen Domänen von SidM317-545 und Rab1A1-175 gereinigt und ko-kristallisiert. Die Bildung des SidM/Rab1A-Komplexes wurde durch Größenaustausch-Chromatographie und isotherme Kalorimetrie (ITC) untersucht. Die Struktur des SidM/Rab1A-Komplexes wurde durch Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt. Es zeigte sich, dass die Struktur der GEF-Domäne von SidM von bekannten eukaryontischen GEF-Strukturen deutlich abweicht. Weiterhin zeigte die Struktur, dass die Bindung von SidM zu mehreren Änderungen der Rab1-Konformation führt, die die Freisetzung von gebundenen GDP-Molekülen bewirken. ITC-Experimente zeigten, das SidM eine höhere Affinität zu ungebundenem als zu GDP-gebundenem Rab1 hat.

Rab1 is a small GTPase that regulates intracellular trafficking between the endocytoplasmic reticulum (ER) and the Golgi complex. In common with other GTPases, cytosolic Rab1 is normally kept in a GDP-bound, inactive state by a dedicated GDP-dissociation inhibitor (GDI). To activate Rab1, a GDI-displacement factor (GDF) is required to remove the GDI before a GTP exchange factor (GEF) can induce the release of GDP to allow for subsequent uptake of GTP and activation of Rab1. SidM is a type IV secretion system effector protein from Legionella pneumophila that has both GEF and GDF activity for Rab1GTPase. SidM recruits Rab1 to the Legionella-containing vacuole (LCV) as part of generating a specialized vacuole that resembles the host’s rough endoplasmic reticulum. Within this vacuole L. pneumophila creates a replication niche allowing it to evade destruction by lysosomal fusion. To understand the SidM/Rab1 complex at the atomic level, the central domain of SidM317-545 and Rab1A1-175 were each purified and co-crystallized. Complex formation of SidM/Rab1 was analysed by size exclusion chromatography and isothermal calorimetry. The structure of the SidM/Rab1A complex was determined by X-ray crystallography revealing that the GEF domain of SidM is structurally distinct from known eukaryotic GEFs. The structure of the complex further revealed that SidM induces several conformational changes in Rab1A to facilitate GDP release. ITC experiments show that SidM has a higher affinity for unbound Rab1A compared to GDP-bound Rab1.

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Mullapudi, Edukondalu: Effector Protein SidM from Legionella pneumophila in complex with the Human protein Rab1A. 2014.

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