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Der ABC-Importer MalF1G1K12-E1 aus Lactobacillus casei BL23 - Biochemische Charakterisierung und Einblicke in die Regulation durch P-Ser46-HPr

By Constanze Homburg

Abstract

In den Firmicutes wird der Induktorausschluss (Katabolitrepression) durch das am Serin46 phosphorylierte HPr (PTS) vermittelt. Der genaue Mechanismus war jedoch unklar. Um diese Frage auf der Grundlage von isolierten Proteinen zu klären, wurde ein zum Escherichia coli Maltose-/Maltodextrin-ABC-Transporter homologes System aus Lactobacillus casei BL23 (MalE1-MalF1G1K12) als Modellsystem genutzt. Im Rahmen der Promotion wurde über isothermale Titrationskalorimetrie und Fluoreszenzspektroskopie gezeigt, dass das Bindeprotein MalE1 lineare und zyklische Maltodextrine, aber keine Maltose bindet. Experimentell ermittelte dreidimensionale Strukturen von MalE1 im Komplex mit diesen Zuckern belegten eine vergleichbar geschlossene Konformation und dienten zusätzlich als Grundlage, um die fehlende Maltosebindung zu erklären. Die Stimulierung der ATPaseaktivität des in Liposomen und Nanodiscs eingebauten Komplexes wurde jedoch hauptsächlich durch eine MalE1-Beladung mit linearen Maltodextrinen bewirkt. Eine bis zu 85 %ige Inhibierung der ATPaseaktivität durch P-Ser46-HPr belegte erstmals in vitro eine Interaktion von mehr als einem phosphorylierten Protein mit dem Transporter. Analog zum EIIAGlc-Inhibitor des homologen Systems aus E. coli wurden über Quervernetzungsexperimente und massenspektrometrische Analysen Interaktionen mit dem MalK1-Dimer als interagierende Komplexeinheit in der Nähe des Walker A-Motivs nachgewiesen. Über Fluoreszenzmessungen in Anwesenheit des ATP-Analogons TNP-ATP wurde eine unbeeinflusste ATP-Bindung und damit eine fehlende Blockade der γ-Phosphatbindestelle des Walker-A Motivs durch die Phosphorylgruppe von P-Ser46-HPr bestimmt. Die folgende Substitution verschiedener positiv geladener MalK1-Reste, die als potenzielle Interaktionsstellen für die Phosphorylgruppe fungieren könnten, identifizierte K63 in der Nähe des Walker A-Motivs als ersten möglichen Partner. Der genaue Mechanismus der Inhibierung bleibt jedoch unklar.Catabolite repression is a global mechanism which controls the utilization of carbohydrates in bacteria. In Firmicutes HPr, a component of the phosphoenolpyruvate carbohydrate phosphotransferase system, prevents the uptake of less preferred sugars but only when it is phosphorylated at serine46. However the exact mechanism was unclear. To address this question the purified ATP-binding cassette transporter from Lactobacillus casei BL23 (MalE1-MalF1G1K12) was used as a model system, which is homologous to the Escherichia coli maltose/maltodextrin ABC importer. Isothermal titration calorimetry and fluorescence spectroscopy revealed that the binding protein MalE1 binds linear and cyclic maltodextrins but not maltose. Experimentally determined three-dimensional structures from MalE1 in complex with these sugars show a comparably closed conformation and served as a basis to explain the lack of maltose binding. The stimulation of the ATPase activity of the transporter incorporated in liposomes and nanodiscs however, was mainly caused by MalE1 loaded with linear maltodextrins. For the first time an inhibition of ATPase activity by P-Ser46-HPr up to 85 % and an interaction of more than one phosphorylated protein with the transporter was demonstrated. Analogous to the EIIAGlc inhibitor of the homologous system from E. coli, cross-linking experiments and mass spectrometric analyzes revealed interactions with the MalK1 dimer near the Walker A motif. Fluorescence measurements in the presence of the ATP analogue TNP-ATP, however, revealed an unaffected ATP binding and thus a lack of blockade of the γ-phosphate binding site (Walker A motif) by the phosphoryl group from P-Ser46-HPr. The following substitution of several positively charged MalK1 residues that could act as potential sites of interaction for the phosphoryl group, identified K63 near the Walker A motif as the first potential partner. The exact mechanism of inhibition, however, remains unclear

Topics: ABC-Transporter, Lactobacillus casei BL23, P-Ser46-HPr, Induktorausschluss, Phylum Firmicutes, ABC transporter, Lactobacillus casei BL23, Phylum Firmicutes, P-Ser46-HPr, inducer exclusion, 570 Biowissenschaften; Biologie, WF 5200, WE 5440, ddc:570
Publisher: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2018
DOI identifier: 10.18452/19303
OAI identifier: oai:edoc.hu-berlin.de:18452/20064

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