Funktionsanalyse von MotE und FliK, zwei neuen Proteinen im Flagellenmotor von Sinorhizobium meliloti

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-opus-5054
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.10384

Eggenhofer, Elke

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Date of publication of this fulltext: 14 Feb 2006 07:39

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Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	13 February 2006
Referee:	Rüdiger (Prof. Dr.) Schmitt
Date of exam:	20 April 2005
Institutions:	Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie
Keywords:	Chemotaxis , Polypeptidketten bindende Proteine , Geißel <Biologie> , Molekularer Motor , Rhizobium meliloti , Sinorhizobium , FliK , Sinorhizobium , chaperone , hook
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 570 Life sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10384

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Abstract (German)

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Die Flagellen des Bodenbakteriums Sinorhizobium meliloti rotieren einzig im Uhrzeigersinn. Durch Variation der Rotationsgeschwindigkeit und Abstoppen einzelner Geißeln zerfällt das ehemals vorwärtstreibende Geißelbündel und die Zelle nimmt eine neue Bewegungsrichtung ein. Dieser im Vergleich zum enterobakteriellen System neuartige Mechanismus der Bewegungssteuerung bei Bakterien hat molekulare Korrelation im Vorhandensein neuer Komponenten des bakteriellen Flagellenmotors, MotC und MotE, zusätzlich zu den konservierten Protonenkanalproteinen MotA und MotB. MotC bindet an die periplasmatische Domäne des Motorproteins MotB und ist für die Motorrotation essentiell. Der erste Teil dieser Arbeit befaßt sich mit der funktionellen Charakterisierung des MotE-Proteins. Deletion von motE resultiert in Aggregation und proteolytischem Abbau des periplasmatischen MotC-Proteins, was zu Paralyse der Zellen führt. Das aus 179 Aminosäuren bestehende Polypeptid MotE wird nach der Abspaltung eines spezifischen Signalpeptides ins Periplasma exportiert, wo es über eine Disulphidbrücke zwischen den Cysteinresten 53 stabile Dimere ausbildet. Die Mutation des Cysteinrestes 53 führt zur Destabilisierung des MotE-Proteins. Stabile MotE-Dimere sind in der Lage die Aggregation von MotC-Molekülen zu inhibieren. Diese Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß es sich bei MotE um ein spezifisches periplamsatisches Chaperon für MotC handelt.
Der zweite Teil der Arbeit behandelt das Protein FliK (ehemals MotD), welches aus 475 Aminosäuren besteht und C-terminal ein konserviertes Flg_hook-Motiv besitzt. FliK-Deletionsmutanten produzieren um ein Vielfaches verlängerte Flagellenhaken, sogenannte polyhooks. Diese polyhook-Mutanten sind sowohl in der Kontrolle der Hakenlänge als auch bei der Assemblierung von Filamenten defekt. Es konnten Pseudorevertanten isoliert und charakterisiert werden, die in einer der beiden Funktionen von FliK wieder hergestellt waren. Die Mutanten zeigen nach wie vor einen Defekt bei der Kontrolle der Hakenlänge, haben aber an den polyhooks Filamente assembliert, die sich in ihrer Morphologie nicht von denen des Wildtyps unterscheiden. Die Suppressormutationen liegen alle in flhB, einem Gen, das für ein transmembranes Protein des Typ-III-Exportkanals kodiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein Modell der Hakenlängenregulation der S. meliloti Flagelle unter Einbeziehung der Rollen von FliK und FlhB vorgeschlagen.

Translation of the abstract (English)

The flagella of Sinorhizobium meliloti rotate solely clockwise and vary their rotary speed to provoke changes in the swimming path. This mode of motility control has its molecular corollary in two novel motility proteins, MotC and MotE, present in addition to the ubiquitous MotA/MotB energizing proton channel. MotC binds to the periplasmic portion of MotB and is essential for motor-rotation. The first part of this work reports the assignment and analysis of MotE. Deletion of motE resulted in aggregation and decay of the periplasmic MotC protein and, as a consequence, in paralysis of the cell. The 179-residue MotE protein bears an N-terminal signal peptide and is rapidly secreted to the periplasm, where it forms stable dimers that are linked by a disulfide bridge between the cysteine 53 residues. Both, the monomeric and the dimeric MotE bind to MotC, and dimerisation is essential for MotE stability in the periplasm. Therefore, I conclude that MotE is a periplasmic chaperone specific for MotC being responsible for its proper folding and stability.
The second part of this work reports the hook-length control protein FliK (formerly MotD), which consists of 475 amino acid residues and a conserved Flg_hook motif between the residues 297 and 402. FliK mutants produce abnormaly elongated hook structures, so called polyhooks. Polyhook mutants not only fail to control hook-length but also fail to add filament to the tips of the polyhooks. Pseudorevertants of polyhook mutants which are still largely defective in hook length control but have regained the ability to assemble filament (polyhook filament mutants) have been isolated and characterized. Extragenic suppressors map to an unlinked gene, flhB, which encodes an integral membrane protein of the Type-Three-Secretion-System (TTSS). Mutation of the 3�-end of the flhB gene affords polyhook-filament mutants with flagellar structures apparently indistinguishable from those of the wild-type strain. The processes of hook and filament assembly and the roles of FliK and FlhB are discussed in light of these data.

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