Control of lipopolysaccharide biosynthesis in Escherichia coli by the

Zusammenfassung
Chapter 7 - Zusammenfassung
Lipopolysaccharid (LPS) ist der Hauptbestandteil der äußeren Schicht der äußeren
Membran Gram-negativer Bakterien. Lipid A verankert LPS in der Membran und ist essentiell
für die Lebensfähigkeit. LpxC ist das Schlüsselenzym in der Lipid A-Biosynthese, da es den
Geschwindigkeits-limitierenden Schritt katalysiert, wodurch das Verhältnis der LPS- zur
Phospholipid-Menge reguliert wird. Sowohl erhöhte als auch verringerte LpxC-Mengen sind
schädlich für E. coli. FtsH ist die einzige essentielle ATP-abhängige Protease, da FtsH die
LpxC-Menge kontrolliert. Die letzten 25 Aminosäuren des LpxC C-Terminus von E. coli sind
vermutlich ungefaltet und frei beweglich. Außerdem werden die 19 C-terminalen
Aminosäuren des LpxC-Endes nicht für dessen enzymatische Aktivität benötigt, sondern für
den Abbau durch FtsH. Innerhalb der C-terminalen elf Aminosäuren von LpxC wurde durch
detaillierte Mutationsanalysen ein Degradationssignal bestehend aus sechs unpolaren
Aminosäuren (-LAFKAPSAVLA) ermittelt, dass für den proteolytischen Abbau benötigt wird.
Durch Fusion des LpxC-Endes an die Glutathion-S-Transferase konnte gezeigt werden, dass
dieser ein generelles Abbausignal darstellt, welches von verschiedenen Proteasen erkannt
wird, aber keine Spezifität zu FtsH vermittelt. Ein weiterer Teil im N-Terminus des LpxC
Proteins scheint die Spezifität zur FtsH Protease zu vermitteln. Zusätzlich zur Sequenz des
Degradationssignals wurde gezeigt, dass der C-Terminus eine Länge von etwa zwanzig
Aminosäuren haben muss, damit LpxC von FtsH abgebaut werden kann.
Es wurden einige Proteine identifiziert, die mit LpxC interagieren. Die Chaperone DnaK/J
und GroEL/ES beeinflussen dabei aber nicht die Stabilität von LpxC. Das Protein PyrH ist
eine Uridine-Monophosphat-Kinase, bei der eine Interaktion sowohl mit LpxC als auch mit
FtsH gezeigt werden konnte. Da durch Überproduktion von PyrH die zelluläre Menge an
LpxC deutlich herabgesetzt wurde, wird eine Funktion als Adapter-Protein während der
Proteolyse angenommen. Auch das Membranprotein YqiK interagierte mit LpxC und FtsH.
YqiK und QmcA sind Prohibitin-ähnliche Proteine. Diese Proteinfamilie ist bekannt dafür die
Aktivität von FtsH gegen bestimmte Substrate zu beeinflussen. Da LpxC als Folge der
Überproduktion von YqiK und QmcA akkumulierte, wird eine negative Modulation dieser
Proteine auf den LpxC-Abbau erwartet.
Das LpxC-Degradationssignal weist eine hohe Sequenzähnlichkeit zum SsrA-tag auf. Der
SsrA-Tag ist ein generelles Degradationssignal, welches auch von FtsH erkannt wird. Um
nach neuen Substrat-Proteinen zu suchen, wurde eine Suchmaske auf Grundlage der oben
erwähnten Sequenzähnlichkeiten erstellt. Im E. coli-Genom wurden 54 Proteine identifiziert,
die einen C-Terminus ähnlich zu dem LpxC-Degradationssignal besitzen. Dies stellt die
Grundlage für die Identifizierung neuer Substrate ATP-abhängiger Proteasen dar.
44