Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Doi
Abstract
Sowohl in Süßwasserseen als auch in marinen Gewässern kommt es immer wieder zu Massenentwicklungen von Cyanobakterien, sogenannten “Blüten”. In Seen werden diese oftmals von Cyanobakterien der Gattung Microcystis dominiert, deren Arten häufig Toxine bilden. Die verbreitesten dieser Toxine sind die leberschädigen Microcystine, die eine Klasse nichtribosomal synthetisierter Peptide darstellen. Nachdem die toxische Wirkung der Microcystine bisher als deren Hauptfunktion angesehen wurde, deuten neuere Forschungsergebnisse darauf hin, dass Microcystine eine andere Primärfunktion für die Produzenten besitzen. Im Rahmen dieser Studie wurde Microvirin (Mvn), ein putatives Lektin aus Microcystis aeruginosa PCC 7806, von dem angnommen wurde, dass es funktional mit Microcystin assoziiert ist, charakterisiert. Zunächst konnte gezeigt werden, dass Mvn tatsächlich zuckerbindende Aktivität besitzt und spezifisch Mannan, ein Oligosaccharid aus Mannoseuntereinheiten, erkennt. Bindestudien zeigten, dass Zucker dieses Typs auf der Zelloberfläche von M. aeruginosa PCC 7806 lokalisiert sind und eine Bindestelle für das sekretierte Mvn darstellen. Mit Hilfe fluoreszenzmikroskopiebasierender Methoden wurde gezeigt, dass sowohl Mvn als auch das korrespondierende Mannanoligosaccharid stammspezifisch sind. Weiterhin konnte durch PCR gezeigt werden, dass das mvn-Gen in allen getesteten Microcystis-Stämmen vorkommt, die auch Gene für die Microcystinbiosynthese besitzen. Eine direkte Interaktion von Microcystin und Mvn konnte in vitro bestätigt werden. Microcystin bindet dabei über seinen N-Methyl-Dehydroalaninrest kovalent an die reduzierten Cysteinreste des Proteins. Ein Einfluss auf die Oligomerisierung des Proteins wurde festgestellt. Microcystin bindet an Cysteinreste von Proteinen, und es konnte gezeigt werden, dass dies besonders unter oxidativen Stressbedingungen geschieht. Die Daten liefern somit weitere Indizien für eine Rolle von Microcystin in der Stressadaptation.Cyanobacteria frequently appear as so-called “water-blooms” during summer months. Cyanobacteria of the genus Microcystis, whose species often dominate freshwater lakes, produce toxins that represent a potential threat for humans and animals. The most prominent toxins are the non-ribosomally synthesised hepatotoxic microcystins. Toxicity has been considered the main function of these peptides, but recent studies propose different primary functions of microcystins for their producers. The involvement of microcystins in the response to oxidative stress was proposed recently. Within this study the putative lectin microvirin (Mvn), which was suggested to be functionally related to microcystin, was characterised. Initially it was shown that Mvn does indeed possess a carbohydrate binding activity, and specificity for mannan, an oligosaccharide made of mannose subunits, was proven. Binding studies using fluorescence-labelled Mvn and antibodies identified carbohydrates of this type at the cell surface of M. aeruginosa being a binding site for the secreted Mvn. Fluorescence microscopy techniques were employed to show that Mvn as well as the corresponding mannan oligosaccharide are strain-specific. Additionally it was shown by PCR that the mvn gene is present in all tested Microcystis strains possessing microcystin biosynthesis genes. A direct interaction of microcystin and Mvn was confirmed in vitro. Microcystin covalently binds to the reduced cysteine residues of the protein via its N-methyl-dehydroalanine moiety. An impact on the oligomerisation state of Mvn was observed. Microcystin seems to bind cysteine residues in an unspecific manner in vivo, and it was shown that this occurs especially under conditions of oxidative stress such as iron depletion and exposition to high light. Hence, the data provide further evidence for an involvement of microcystins in stress adaptation
