Einblicke in die Interaktion zwischen Ignicoccus hospitalis und Nanoarchaeum equitans: Das Membranprotein Ihomp1 sowie Nachweis weiterer Proteine der Zellhüllen
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die strukturelle und funktionelle Charakterisierung des dominierenden Oberflächenproteins von I. hospitalis sowie die Identifikation weiterer, potenziell am Aufbau der Kontaktstelle zwischen I. hospitalis und N. equitans beteiligter Proteinspezies.
Mit Ihomp1 (Ignicoccus hospitalis outer membrane protein 1) konnte das erste Protein einer bislang einzigartigen Membranstruktur in der Domäne der Archaeen charakterisiert werden. Es handelt sich entsprechend bioinformatischer Recherchen um ein kleines, funktionell uncharakterisiertes Protein (6,3 kDa), welches keine signifikanten strukturellen Homologien zu bekannten Proteinspezies aufweist. Wie im Rahmen der vorliegenden Arbeit gezeigt werden konnte, repräsentieren die durch Ihomp1 gebildeten homooligomeren 45 bzw. 50 kDa-Komplexe die funktionelle Einheit der dominierenden, Transmembranporen-formenden 7 nm-Partikel der Zelloberfläche von I. hospitalis und erfüllen möglicherweise eine Funktion in der Versorgung des Organismus mit Nährstoffen, wie dem terminalen Elektronenakzeptor Polysulfid. So konnte durch elektrophysiologische Einzelkanalstudien in künstlichen Systemen bereits eine signifikante Leitfähigkeit der Ihomp1-Komplexe nachgewiesen werden.
Immunzytologische Studien an Gefrierätzpräparaten der drei bekannten Spezies der Gattung Ignicoccus belegten, dass es sich bei Ihomp1 um ein spezies-spezifisch exprimiertes Protein handelt. Vorläufige PCR-Analysen wiesen zudem auf ein ebenfalls auf I. hospitalis beschränktes Vorkommen des korrespondierenden Gens igni_1266 hin.
Für die strukturelle und funktionelle Charakterisierung der nativen Ihomp1-Komplexe wurde ein mehrstufiges Aufreinigungsprotokoll etabliert. Mit Hilfe umfangreicher massenspektrometrischer sowie bioinformatischer und CD-spektroskopischer Analysen konnte so für die beiden stabilen 45 und 50 kDa Ihomp1-Komplexe eine einheitliche Stöchiometrie aus zehn Monomeren bestimmt werden, welche die Membran in alpha helikaler Form durchspannen. Eine röntgenkristallographische Untersuchung der Komplexe ist in Bearbeitung. Entsprechend vorläufiger gelchromatographischer Daten wird zudem eine Funktion des Proteins in der Initiation der Zell-Zell-Interaktion zwischen I. hospitalis und N. equitans als spezifisches Erkennungs- bzw. Bindemotiv für das S-Layer-Protein NEQ300 aus N. equitans diskutiert.
Im Rahmen der proteinanalytischen Untersuchung der Membranfraktionen aus Rein- und Co-Kultur konnte die Expression von mehr als 280, in den Genomen von I. hospitalis und N. equitans annotierten Proteinspezies nachgewiesen werden. Die Interpretation der daraus gewonnenen Daten in Bezug auf eine mögliche Funktion dieser Proteine im Austausch zwischen I. hospitalis und N. equitans ist jedoch deutlich erschwert, da bioinformatischen Recherchen zufolge für einen Großteil der so identifizierten, mutmaßlichen Membranproteine der beiden Spezies gegenwärtig keine physiologische Funktion vorhergesagt werden kann
