Einfluss des GpsB-Proteins auf die Zellwandsynthese, die Zellteilung und die Virulenz von Listeria monocytogenes

Rismondo, Jeanine

DivIVA-Proteine sind konservierte Zellteilungsproteine in Firmicutes und Aktinobakterien und akkumulieren an negativ gekrümmte Membranen. Durch die Interaktion mit verschiedenen Proteinen spielen DivIVA-Proteine eine wichtige Funktion in vielen zellulären Prozessen, wie z.B. der Sporulation und Chromosomensegregation in Bacillus subtilis. Im humanpathogenen Bakterium Listeria monocytogenes rekrutiert DivIVA Komponenten des Min-Systems, die an der Zellteilung beteiligt sind, an das Septum, wodurch sich die Deletion von divIVA in einem Zellteilungsdefekt äußert. Zudem ist DivIVA in L. monocytogenes essenziell für die Virulenz. In Firmicutes ist ein DivIVA-Paralog namens GpsB codiert, das in B. subtilis zu den späten Zellteilungsproteinen zählt. In diesem Organismus sind GpsB und EzrA für die subzelluläre Lokalisation des Penicillin-bindenden Proteins PBP1 verantwortlich. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktion des GpsB-Proteins von L. monocytogenes untersucht. In L. monocytogenes ist GpsB hauptsächlich an den Septen und der lateralen Zellwand lokalisiert und interagiert ebenfalls mit dem bi-funktionalen PBP PBP A1, dem B. subtilis PBP1-Homolog. Die Deletion von gpsB in L. monocytogenes führte zu einem Zellteilungsdefekt, einem drastischen Wachstumsdefekt und war bei 42°C sogar letal. Eine erhöhte Penicillinsensitivität und eine Erhöhung der spontanen Autolyse der Delta-gpsB-Mutante wiesen auf eine gestörte Peptidoglykanbiosynthese hin. GpsB hatte keinen Einfluss auf die subzelluläre Lokalisation von PBP A1, scheint jedoch an der Regulation der PBP A1-Aktivität beteiligt zu sein, da die Delta-gpsB-Mutante sensitiv gegenüber einer von der Transpeptidase-Aktivität entkoppelten Transglykosylase-Aktivität in PBP A1 war. Die Delta-gpsB-Mutante bildete bei 42°C Suppressoren auf BHI-Agar, mit deren Hilfe weitere Interaktionspartner von GpsB identifiziert werden konnten. Die Akkumulation von MurA, das den ersten Schritt der Peptidoglykanbiosynthese katalysiert, hatte einen supprimierenden Effekt auf das Wachstum der Delta-gpsB-Mutante. Erhöhte MurA-Mengen können vermutlich die beeinträchtigte Aktivität von PBP A1 in der Delta-gpsB-Mutante kompensieren. In Infektionsexperimenten mit Wachsmottenlarven zeigte sich zudem eine starke Attenuation der Delta-gpsB-Mutante, die vergleichbar mit Mutanten war, in denen wichtige Virulenzfaktoren deletiert wurden. GpsB ist somit essenziell für die Virulenz von L. monocytogenes und könnte möglicherweise als Angriffspunkt für neue Antibiotika dienen.

DivIVA proteins are conserved cell division proteins in firmicutes and actinobacteria and accumulate at negativly curved membranes, which are found at the cell poles and the division septa. The divIVA gene is essential in actinobacteria and some firmicutes. Due to its interaction with different proteins, DivIVA is important for many cellular processes, like sporulation in Bacillus subtilis. In the human pathogen Listeria monocytogenes, DivIVA is responsible for the recruitment of components of the Min-system to the division site. Because of this, deletion of divIVA results in a cell division defect in L. monocytogenes. More importantly, DivIVA is also essential for the virulence of L. monocytogenes. Firmicutes possess a DivIVA-paralog called GpsB, which is a late cell division protein in B. subtilis. In this organism, GpsB and EzrA are responsible for the subcellular localization of the penicillin binding protein PBP1. In this thesis, the function of GpsB in L. monocytogenes was studied. In L. monocytogenes, GpsB is mainly found at the division sites and the lateral wall. It also interacts with the bi-functional penicillin binding protein PBP A1, which is the homolog of B. subtilis PBP1. Deletion of gpsB in L. monocytogenes resulted in impaired cell division, in a severe growth defect and is even lethal at 42°C. Increased penicillin sensitivity and a high degree of spontaneous autolysis suggested that peptidoglycan biosynthesis is disturbed in the Delta-gpsB mutant. GpsB had no impact on the localization of PBP A1, but it seems to be responsible for the regulation of PBP A1 activity, since the Delta-gpsB mutant was sensitive against mutations that uncouple the transglycosylase from the transpeptidase acitivity of PBP A1. The Delta-gpsB mutant formed spontaneous suppressors on BHI agar plates when grown at 42°C, which allowed identification of further GpsB interaction partners. Furthermore, accumulation of MurA, an UDP-N-acetylglucosamine 1-carboxyvinyltransferase, which is responsible for the first step of the peptidoglycan biosynthesis, leads to a suppression of the growth defect of the Delta-gpsB mutant. Increased MurA protein level could therefore compensate for an impaired activity of PBP A1 in the Delta-gpsB mutant. Infection experiments with Galleria mellonella revealed a strong attenuation of the Delta-gpsB mutant, which is comparable to mutants, where important virulence factors are absent. Hence, GpsB is essential for virulence of L. monocytogenes and could maybe serve as a target for new antibiotics.

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Rismondo, Jeanine: Einfluss des GpsB-Proteins auf die Zellwandsynthese, die Zellteilung und die Virulenz von Listeria monocytogenes. 2016.

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