PMB
Werbung
Zellwandbindedomänen von Murein und Pseudomurein bei Bacteria und Archaea Modul 13 Melanie Enderst Molekulare Mikrobiologie Überblick • Die Zellwand • Murein • Pseudomurein • Lysozym • bakterielle Zellwandhydrolasen • Katalytische Domäne vs. Zellwandbindedomäne • LysM • PMB • Beeinflussende Faktoren • Forschungsansätze • Zusammenfassung 27.11.2014 Melanie Enderst 2 Die Zellwand http://www.scilogs.de http://www.wissenschaft-aktuell.de 27.11.2014 Melanie Enderst 3 Die Zellwand - Funktion • Barriere Umwelt • Schutz vor Zellturgor • Formgeber • Ankerfläche für Proteine • Adhäsionsfläche für Bacteriophagen 27.11.2014 Melanie Enderst 4 Die Zellwand - Aufbau Vereinfachte Darstellung der Zellhüllen 27.11.2014 Quelle: Cypionka Grundlagen der Mikrobiologie Melanie Enderst 5 Murein • Heteropolymer aus Polysaccharidkomplex und Peptidanteil ® Peptidoglycan • N-Acetylglucosamin/ N-Acetylmuraminsäure • -1,4-glycosidische Bindung • D-Alanin/D-Glutaminsäure/ Diaminopimelinsäure ! Quelle: Brock Biology of Microorganisms 27.11.2014 Melanie Enderst 6 Pseudomurein ® Pseudopeptidoglycan • N-Acetylglucosamin/ N-Acetyltalosaminuronsäure • -1,3-glycosidische Bindung • Bei Methanogenen • Polysaccharid mit kurzen Aminosäureketten • keine D-Aminosäuren Quelle: Brock Biology of Microorganisms 27.11.2014 Melanie Enderst 7 Lysozym • Lysozym Muramidase • catalytisches Enzym ® spaltet -1,4- glycosidische Bindungen zwischen C1 von N-Acetylmuraminsäure und C4 von N-Acetylglucosamin • Vorkommen: Körpersekrete von Menschen- und Tieren, Bakteriophagen, Pflanzen, Pilze • keine Spaltung von -1,3-glycosischen Bindungen!!! 27.11.2014 Melanie Enderst 8 Bakterielle Zellwandhydrolasen • Bakterielle Zelwandhydrolasen spalten ebenfalls -1,4-glycosidische Bindungen, aber keine -1,3-glycosidischen Bindungen • keine bekannten Zellwandhydrolasen bei Archaea ® Zwei Endopeptidasen (Pei) können Bindungen zwischen der Aminogruppe von L-Lysin und der Carboxylgruppe von L-Alanin benachbarter N- Acetyltalosaminuronsäuremolekülen spalten ® Kataly sche Domäne ® Zellwandbindedomäne 27.11.2014 Melanie Enderst 9 Katalytische Domäne vs. Zellwandbindedomäne Catalytische Domäne Zellwandbindedomäne • Glucosaminidase- • Ordnungsgemäße Funktion der Murein- bzw. Pseudomureinbindenden Anteile • Muraminase• Endopeptidase- ® Lysin Motif Domäne (LysM) ® Pseudomurein Bindedomäne (PMB) • N-acetylmuramyl L-alaninamidaseAktivität 27.11.2014 Melanie Enderst 10 LysM • Entdeckung im Lysozym einer Bacillus subtilis Phage Ø29 • häufigste Proteindomäne der Peptidoglycan Hydrolasen ® mehr als 4000 Proteine in Pro- und Eukaryoten enthalten LysM • Nicht-kovalente Bindung an der Mureinschicht von Bakterienzellen ® Mechanismus unbekannt 27.11.2014 Melanie Enderst 11 LysM Struktur • erste strukturelle Merkmale konnten durch NMR-Spektroskopie an einer membrangebunden MureinTransglycosidase an E.coli gezeigt werden • LysM von E.coli -Sekundärstruktur Quelle: http://www.mrc-lmb.cam.ac.uk 27.11.2014 Melanie Enderst 12 LysM Eigenschaften • 44-65 Aminosäuren • thermisch stabil bis 96,5°C durch vier Cystein-Domänen • kann sich sowohl an C- oder N-Terminus sowie in der Mitte befinden • bindet nicht-kovalent aber spezifisch an N-Acetylglucosamin, Art der Bindung unbekannt 27.11.2014 Melanie Enderst 13 LysM Eigenschaften • Stark konserviert HMM von LysM Quelle: http://pfam.xfam.org/family/LysM#tabview=tab4 27.11.2014 Melanie Enderst 14 PMB • bisher nur wenige Erkentnisse über die Hydrolasen der Archaea • keine bekannten Enzyme, die -1,3-glycosidische Bindungen spalten können • Zwei bekannte Endopeptidasen: PeiW und PeiP • PeiW und PeiP sind Autolysine der methanogenen Prophagen Methanothermobacter wolfeii YM100 und M.marburgensis YM2 ® binden an Zellhülle und erleichtern die Hydrolyse ® sind in der Lage, Pep dverbindungen zwischen -Alanin und Lysin zweier N-Acetyltalosaminuronsäuremoleküle zu spalten 27.11.2014 Melanie Enderst 15 PMB Spaltstelle Quelle: Brock Biology of Microorganisms 27.11.2014 Melanie Enderst 16 PMB Struktur • PeiW/PeiP gleiche molekulare Struktur ® je vier pseudomurein-bindende Domänen an ihrem N-Terminus, die sich mit C-Terminalen Cystein Protease-Domäne verzweigen • bislang keine 3-D-Strukturerstellung möglich 27.11.2014 Melanie Enderst 17 PMB Eigenschaften • 30-35 Aminosäuren • thermisch stabil 76°C durch nur einen Cystein-Rest • kann sich sowohl an C- oder N- Terminus sowie in der Mitte befinden • kann an Pseudomurein und Zellwandkomponeten von lysierten Bakterienzellen binden ® registriert freies N-Acetylglucosamin (Vermutung!!!) 27.11.2014 Melanie Enderst 18 PMB Eigenschaften •wenig stark konserviert HMM von PMB http://pfam.xfam.org/family/PF09373 27.11.2014 Melanie Enderst 19 Vergleich LysM und PMB Kriterium Lys M PMB AS-Länge 44-65 30-35 Konservierung Hoch konserviert Wenig konserviert Bindesubstrat Murein Chitin bei Pflanzen und Pilzen Pseudomurein in manchen Methanogenen Sekundästruktur Anzahl Bindemotive 27.11.2014 unbekannt 1-6 1-4 Melanie Enderst Spezifisch! 20 Beeinflussende Faktoren • pH-Wert ® Erhöhung der Bindefähigkeit und der kataly schen Ak vität • Salzkonzentration ® Erhöhung ionischer Wechselwirkungen • Kohlenstoffquelle im Wachstumsmedium 27.11.2014 Melanie Enderst 21 Mögliche Perspektiven / Forschungsansätze • besserer dreidimensionaler Eindruck von PMB ® Struktur und Funk on • PMB-Domänen an methanogenen Archaea als Biomarker um industriell interessante Methanogene zu identifizieren • LysM wird als Marker genutzt, um heterologe Proteine und Peptide auf der Oberfläche von Milchsäurebakterien anzuzeigen ® Entwicklung oraler Impfsto e 27.11.2014 Melanie Enderst 22 Zusammenfassung • Zellwand besitzt vielfäl ge Funk onen ® Anker¯äche für Proteine • Bestandteil Bacteria: Murein/Archaea: Pseudomurein • Proteine mit Ankerfunktion: Lysozym/bakterielle Zellwandhydrolasen • Katalytische und Zellwandbindedomände • Lysin Motif Domäne (LysM) und Pseudomurein Bindedomäne (PMB) • LysM stark verbreitet, gut konserviert, gut erforscht • PMB nur zwei bekannte Domänen, schwach konserviert, wenig erforscht • Beeinflussende Faktoren: pH, Salzkonzentration, C-Quelle • Forschung an Strukturaufklärung PMB, Einsatz als Biomarker und oraler Impfstoff 27.11.2014 Melanie Enderst 23 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit ! 27.11.2014 Melanie Enderst 24 Quellen • Cypionka H, Grundlagen der Mikrobiologie 4. Auflage, Springer • Fuchs G, Allgemeine Mikrobiologie 9. Auflage, Thieme • Hartmann E, König H, Naturwissenschaften (1990) Comparison of the Biosynthesis of the Methanobacterial Pseudomurein and the Eubacterial Murein 77:472-475 • König H, Semmler R, Lerp C, Winter J, Arch Microbiol (1985) Evidence for the occurrence of autolytic enzymes in Methanobacterium wolfei 141:177-180 • Madigan M, Martinko J, Brock Biology of Microorganisms 13. Edition , Pearson • Steenbakkers P, Geerts W, Ayman-Oz N†, Keltjens J, Molecular Microbiology (2006) Identification of pseudomurein cell wall binding domains 62(6):1618–1630 • Visweswaran G, Dijkstra B, Kok J, Appl Microbiol Biotechnol (2001) Murein and pseudomurein cell wall binding domains of bacteria and archaea - a comparative view 92:921-928 • Visweswaran G, Dijkstra B, Kok J, Hindawi Publishing Corporation (2010) TwoMajor Archaeal Pseudomurein Endoisopeptidases: PeiWand PeiP 27.11.2014 Melanie Enderst 25
