Schmidt, Susan (2008)
Intrinsische Substratproteine der Transglutaminase von Streptomyces mobaraensis: Identifizierung und Charakterisierung.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung
Kurzbeschreibung (Abstract)
Unter den Actinomyceten ist Streptomyces die am meisten studierte und am besten bekannte Gattung. Die multizellulären Bakterien besiedeln normalerweise den Boden, sind dort Modulatoren der mikrobiellen Flora und wichtige Zersetzer. Ihre Besonderheit ist ein den Pilzen ähnliches, filamentöses Wachstum, eine komplexe Zelldifferenzierung von Substrat- und Luftmycel und eine Reproduktion durch Sporen. Innerhalb der Gattung gibt es Mitglieder, die wie Streptomyces mobaraensis Transglutaminase (TGase) exportieren. Das ubiquitär vorkommende Enzym erzeugt hoch vernetzte Proteinaggregate durch Ausbildung von Isopeptidbindungen zwischen Lysin- und Glutaminresten. Bakterielle und eukaryotische TGasen unterscheiden sich dabei in ihrer Struktur und Abhängigkeit von Ca2+. Über die physiologische Funktion der Enzyme von Streptomyceten ist bisher nichts bekannt. Ziel der Arbeit war es deshalb, intrinsische Substratproteine von TGase zu identifizieren und zu charakterisieren. Entdeckt wurden der Streptomyces Subtilisin- und TAMEP-Inhibitor (SSTI) und das Dispase-Autolyse induzierende Protein (DAIP) von S. mobaraensis. Beide Proteine besitzen reaktive Glutamin- und Lysinreste, die jedoch während der submersen Kultivierung durch TGase modifiziert werden. Seitenkettenhydrolyse von SSTI- und DAIP-Glutaminen verhinderte den Einbau eines biotinylierten Amins. Bei DAIP wird zusätzlich die Lysinreaktivität maskiert, wahrscheinlich durch die Ausbildung von Salzbrücken mit den gebildeten Glutamaten. Daher war eine Vernetzung beider Proteine nur möglich, wenn sie vor Aktivierung der intrinsischen TGase aus Kulturüberständen isoliert wurden. Überraschend war die Entdeckung von Substratmodulatoren der TGase. Die Lipoaminosäure N-Lauroylsarcosin und das Lipopolyamin N-(3-Dimethylamino)propyllauramid exponieren offenbar kryptische Glutamine oder in Salzbrücken befindliche Lysine und verbessern so die Vernetzbarkeit der Proteine. Selbst inaktivierte Proteine erhalten ihre Substrateigenschaften zurück. Das bereits gut charakterisierte Substrat SSTI ist ein doppelköpfiger Inhibitor, der die TGase aktivierende Metalloprotease TAMEP inhibiert und eine weitere Bindungsstelle für die Serinproteasen Subtilisin und Trypsin besitzt. DAIP ist ein bisher unbekanntes Protein, das neutrale Metalloproteasen wie Dispase in eine Autolyse treibt. Natürliche Strukturanaloga der beiden Substratmodulatoren mit antibiotischen Eigenschaften sind bereits beschrieben. Die Vermutung liegt deshalb nahe, dass beide Proteine zusammen mit noch zu identifizierenden Substratmodulatoren Teile eines Abwehrsystems sind, das für den Schutz der Lufthyphen von S. mobaraensis errichtet wird.
| Typ des Eintrags: |
Dissertation
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| Erschienen: |
2008 |
| Autor(en): |
Schmidt, Susan |
| Art des Eintrags: |
Erstveröffentlichung |
| Titel: |
Intrinsische Substratproteine der Transglutaminase von Streptomyces mobaraensis: Identifizierung und Charakterisierung |
| Sprache: |
Deutsch |
| Referenten: |
Pfeifer, Prof. Dr. Felicitas ; Fuchsbauer, Prof. Dr. Hans-Lothar ; Kaldenhoff, Prof. Dr. Ralf |
| Publikationsjahr: |
2 September 2008 |
| Ort: |
Darmstadt |
| Verlag: |
Technische Universität |
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Datum der mündlichen Prüfung: |
26 August 2008 |
| URL / URN: |
urn:nbn:de:tuda-tuprints-10948 |
| Kurzbeschreibung (Abstract): |
Unter den Actinomyceten ist Streptomyces die am meisten studierte und am besten bekannte Gattung. Die multizellulären Bakterien besiedeln normalerweise den Boden, sind dort Modulatoren der mikrobiellen Flora und wichtige Zersetzer. Ihre Besonderheit ist ein den Pilzen ähnliches, filamentöses Wachstum, eine komplexe Zelldifferenzierung von Substrat- und Luftmycel und eine Reproduktion durch Sporen. Innerhalb der Gattung gibt es Mitglieder, die wie Streptomyces mobaraensis Transglutaminase (TGase) exportieren. Das ubiquitär vorkommende Enzym erzeugt hoch vernetzte Proteinaggregate durch Ausbildung von Isopeptidbindungen zwischen Lysin- und Glutaminresten. Bakterielle und eukaryotische TGasen unterscheiden sich dabei in ihrer Struktur und Abhängigkeit von Ca2+. Über die physiologische Funktion der Enzyme von Streptomyceten ist bisher nichts bekannt. Ziel der Arbeit war es deshalb, intrinsische Substratproteine von TGase zu identifizieren und zu charakterisieren. Entdeckt wurden der Streptomyces Subtilisin- und TAMEP-Inhibitor (SSTI) und das Dispase-Autolyse induzierende Protein (DAIP) von S. mobaraensis. Beide Proteine besitzen reaktive Glutamin- und Lysinreste, die jedoch während der submersen Kultivierung durch TGase modifiziert werden. Seitenkettenhydrolyse von SSTI- und DAIP-Glutaminen verhinderte den Einbau eines biotinylierten Amins. Bei DAIP wird zusätzlich die Lysinreaktivität maskiert, wahrscheinlich durch die Ausbildung von Salzbrücken mit den gebildeten Glutamaten. Daher war eine Vernetzung beider Proteine nur möglich, wenn sie vor Aktivierung der intrinsischen TGase aus Kulturüberständen isoliert wurden. Überraschend war die Entdeckung von Substratmodulatoren der TGase. Die Lipoaminosäure N-Lauroylsarcosin und das Lipopolyamin N-(3-Dimethylamino)propyllauramid exponieren offenbar kryptische Glutamine oder in Salzbrücken befindliche Lysine und verbessern so die Vernetzbarkeit der Proteine. Selbst inaktivierte Proteine erhalten ihre Substrateigenschaften zurück. Das bereits gut charakterisierte Substrat SSTI ist ein doppelköpfiger Inhibitor, der die TGase aktivierende Metalloprotease TAMEP inhibiert und eine weitere Bindungsstelle für die Serinproteasen Subtilisin und Trypsin besitzt. DAIP ist ein bisher unbekanntes Protein, das neutrale Metalloproteasen wie Dispase in eine Autolyse treibt. Natürliche Strukturanaloga der beiden Substratmodulatoren mit antibiotischen Eigenschaften sind bereits beschrieben. Die Vermutung liegt deshalb nahe, dass beide Proteine zusammen mit noch zu identifizierenden Substratmodulatoren Teile eines Abwehrsystems sind, das für den Schutz der Lufthyphen von S. mobaraensis errichtet wird. |
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Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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Alternatives Abstract | Sprache |
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Among Actinomycetes, Streptomyces is the most studied and best known genus. The multicellular bacteria normally colonize the soil where they are modulators of the microbial flora and important decomposers. Their growth resembles to that of filamentous fungi, a complex cell differentiation with vegetative and aerial mycelium and the reproduction by spores. Within the genus, there are members like Streptomyces mobaraensis exporting transglutaminase (TGase). The ubiquitous occurring enzyme produces highly cross-linked protein aggregates by the formation of isopeptide bonds between lysine and glutamine residues. Bacterial and eukaryotic TGases differ in structure and Ca2+-dependence. So far, nothing is known about the physiological role of the enzymes from Streptomycetes. The aim of this work was therefore to identify and characterize intrinsic substrate proteins from TGase. The Streptomyces subtilisin and TAMEP inhibitor (SSTI) and the dispase autolysis-inducing protein (DAIP) of S. mobaraensis were discovered. Both proteins are provided with reactive glutamine and lysine residues, but they are modified during submerged culture by TGase. Hydrolysis of glutamine side chains of SSTI and DAIP prevented the incorporation of a biotinylated amine. In addition, reactivity of DAIP lysines is masked, most likely by the formation of salt bridges with the newly formed glutamates. Accordingly, cross-linking of both proteins was only possible if they were isolated from culture broth before the intrinsic TGase was activated. A surprising result was the discovery of the first substrate modulators of TGase. The lipoamino acid N-lauroylsarcosine and the lipopolyamine N-(3-dimethylamino)propyllauramide obviously expose cryptic glutamines or lysines, thus improving the cross-linking of both proteins. Even substrate properties of inactivated SSTI or DAIP were restored. The already well-characterized substrate SSTI is a double-headed inhibitor that inhibits the TGase activating metalloprotease TAMEP and exhibits a second binding site for serine proteases such as subtilisin and trypsin. DAIP is as yet an unknown protein inducing autolysis of neutral metalloproteases such as dispase. Natural occurring structure analogues of the two substrate modulators with antibiotic properties have been already described. It is therefore suggested that both proteins along with putative lipoamino acids or lipopolyamines are part of a defensive system to protect the aerial mycelium of S. mobaraensis. | Englisch |
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| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): |
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): |
10 Fachbereich Biologie |
| Hinterlegungsdatum: |
17 Okt 2008 09:23 |
| Letzte Änderung: |
05 Mär 2013 09:27 |
| PPN: |
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| Referenten: |
Pfeifer, Prof. Dr. Felicitas ; Fuchsbauer, Prof. Dr. Hans-Lothar ; Kaldenhoff, Prof. Dr. Ralf |
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Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: |
26 August 2008 |
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