Charakterisierung der Virulenzproteine YscM1 und YscM2 in ihrer Funktion als Modulatoren des Stoffwechsels in Yersinia enterocolitica

Humanpathogene Yersinien nutzen ein Typ III-Sekretionssystem (TTSS), um Virulenzproteine in die Wirtzelle zu injizieren und so der angeborenen Immunantwort des Wirts zu entkommen. Die homologen Proteine YscM1 und YscM2 in Yersinia enterocolitica gelten als funktionell austauschbare negative Regulatoren des TTSS. Ziel dieser Arbeit war die nähere Charakterisie-rung der Funktion von YscM1 und YscM2. Mithilfe von Wechselwirkungsstudien wurde in Y. enterocolitica ein Interaktionspartner der beiden Proteine gefunden, der durch Mas-senspektrometrie als Phosphoenolpyruvatcarboxylase (PEPC) identifiziert wurde. Bei der PEPC handelt es sich um ein Stoffwechselenzym, das die Synthese von Oxalacetat aus Phosphoenol-pyruvat und CO2 katalysiert und somit der Aufrechterhaltung des Citratzyklus dient, da dieser neben der Energiegewinnung auch Bausteine für Aminosäuresynthesen liefert. YscM1 und YscM2 sowie deren Chaperon SycH und PEPC wurden rekombinant hergestellt und gereinigt. Mit den gereinigten Proteinen konnte die Bindung von PEPC an YscM1 und YscM2 bestätigt werden. Es konnte gezeigt werden, dass beide Proteine antagonistisch wirken. YscM1 drosselt die Enzymaktivität von PEPC, während YscM2 die Aktivität erhöht. Um einen Effekt von YscM1 und YscM2 auf die Enzymaktivität von PEPC in vivo zu untersuchen, wur-den beide Proteine in Y. enterocolitica überexprimiert. Die Wachstumsbedingungen wurden dabei so gewählt, dass die Yersinien auf die PEPC-Reaktion angewiesen waren. Bei Überpro-duktion von YscM1 kam das Wachstum der Yersinien dabei völlig zum Erliegen, während YscM2 das Wachstum stimulierte. Die hier beschriebene Funktion von YscM1 und YscM2 ließ sich als völlig neue Funktion gegenüber der bekannten regulatorischen Funktion abgrenzen. Mausinfektionsversuche zeigten für eine ppc- und eine yscM1-Mutante einen attenuierten Phä-notyp, während die yscM2-Mutante keine Unterschiede in der Pathogenität im Vergleich zum Wildtyp aufwies. Für pathogene Bakterien ist vielfach beschrieben, dass sich deren Stoffwechsel auf die Expres-sion von Virulenzfaktoren auswirkt. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass ein Virulenzfaktor den Stoffwechsel eines bakteriellen Erregers moduliert. Vermutlich ist durch die Modulation der Enzymaktivität eine optimale Anpassung an die Ernährungssituation im Wirt möglich, da eine Balance zwischen Energiestoffwechsel und der Synthese von Viru-lenzfaktoren sichergestellt wird. Da die PEPC im Menschen nicht vorkommt, aber für viele pathogene Bakterien von großer Bedeutung sein dürfte, könnte die PEPC ein interessantes Angriffsziel für Antibiotika und die Wechselwirkung zwischen YscM1 und PEPC die Grundlage für deren Entwicklung darstellen

Yersinia enterocolitica type III secretion: Evidence for the ability to transport proteins that are folded prior to secretion

BACKGROUND: Pathogenic Yersinia species (Y. enterocolitica, Y. pestis, Y. pseudotuberculosis) share a type three secretion system (TTSS) which allows translocation of effector proteins (called Yops) into host cells. It is believed that proteins are delivered through a hollow needle with an inner diameter of 2–3 nm. Thus transport seems to require substrates which are essentially unfolded. Recent work from different groups suggests that the Yersinia TTSS cannot accommodate substrates which are folded prior to secretion. It was suggested that folding is prevented either by co-translational secretion or by the assistance of specific Yop chaperones (called Sycs). RESULTS: In this study we have fused YopE secretion signals of various length to the mouse dihydrofolate reductase (DHFR) in order to analyse the DHFR folding state prior to secretion. We could demonstrate that secretion-deficient as well as secretion-competent YopE-DHFR fusions complexed to SycE can be efficiently purified from Yersinia cytosol by affinity chromatography using methotrexate-agarose. This implies the folding of the DHFR fusion moiety despite SycE binding and contradicts the previously presented model of folding inhibition by chaperone binding. Secretion-deficient YopE-DHFR fusions caused severe jamming of the TTSS. This observation contradicts the co-translational secretion model. CONCLUSIONS: We present evidence that the Yersinia TTSS is familiar with the processing of transport substrates which are folded prior to secretion. We therefore predict that an unfoldase is involved in type III secretion

Cross-talk between Type Three Secretion System and Metabolism in Yersinia*S⃞

Pathogenic yersiniae utilize a type three secretion system (T3SS) to inject Yop proteins into host cells in order to undermine their immune response. YscM1 and YscM2 proteins have been reported to be functionally equivalent regulators of the T3SS in Yersinia enterocolitica. Here, we show by affinity purification, native gel electrophoresis and small angle x-ray scattering that both YscM1 and YscM2 bind to phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) of Y. enterocolitica. Under in vitro conditions, YscM1, but not YscM2, was found to inhibit PEPC with an apparent IC50 of 4 μm (Ki = 1 μm). To analyze the functional roles of PEPC, YscM1, and YscM2 in Yop-producing bacteria, cultures of Y. enterocolitica wild type and mutants defective in the formation of PEPC, YscM1, or YscM2, respectively, were grown under low calcium conditions in the presence of [U-13C6]glucose. The isotope compositions of secreted Yop proteins and nine amino acids from cellular proteins were analyzed by mass spectrometry. The data indicate that a considerable fraction of oxaloacetate used as precursor for amino acids was derived from [13C3]phosphoenolpyruvate by the catalytic action of PEPC in the wild-type strain but not in the PEPC- mutant. The data imply that PEPC is critically involved in replenishing the oxaloacetate pool in the citrate cycle under virulence conditions. In the YscM1- and YscM2- mutants, increased rates of pyruvate formation via glycolysis or the Entner-Doudoroff pathway, of oxaloacetate formation via the citrate cycle, and of amino acid biosynthesis suggest that both regulators trigger the central metabolism of Y. enterocolitica. We propose a “load-and-shoot cycle” model to account for the cross-talk between T3SS and metabolism in pathogenic yersiniae