Authors:	Reinhart, Florian
Title:	The oxygen sensors FNR from Escherichia coli and NreABC from Staphylococcus carnosus
Online publication date:	8-Dec-2010
Year of first publication:	2010
Language:	english
Abstract:	Im Laufe der Evolution entwickelte sich eine Reihe von Sauerstoff-Sensorsystemen in Bakterien, um die Genexpression der Sauerstoffverfügbarkeit anzupassen. Der Sauerstoffsensor FNR aus Escherichia coli bindet unter anaeroben Bedingungen ein [4Fe4S]2+ Zentrum. Unter Sauerstoffeinfluß zerfällt aktives [4Fe4S]2+FNR zu inaktivem [2Fe2S]2+FNR und weiter zu ebenfalls inaktivem apoFNR. In der vorliegenden Arbeit wurde der Zustand von FNR in vivo in aeroben und anaeroben Zellen von Escherichia coli aufgeklärt. Durch Alkylierung der Cysteine in FNR und anschließender Analyse im Massenspektrometer konnte gezeigt werden, das FNR in aeroben Zellen hauptsächlich in der apo-Form vorliegt. Nach ca. 6 Minuten war in lebenden E. coli Zellen die Umwandlung von [4Fe4S]2+ FNR zu apoFNR abgeschlossen.rnrnIn dem gram positiven Bakterium Staphylococcus carnosus aktiviert das NreBC System unter anaeroben Wachstumsbedingungen die Gene der Nitratatmung. NreB ist eine cytoplasmatische Sensorhistidinkinase, die ein sauerstofflabiles [4Fe4S]2+ Zentrum über eine PAS-Domäne bindet. Das [4Fe4S]2+ Zentrum wird von vier Cysteinen gebunden. Der Responsregulator NreC steuert nach Aktivierung durch NreB die Transkription der Zielgene. In der vorliegenden Arbeit wurde NreB mit Hilfe von Cysteinmarkierungen in vivo charakterisiert. Durch die Änderung der Cystein-Zugänglichkeit für Thiolreagenzien nach Sauerstoffzugabe konnte eine Halbwertszeit von ca. 3 Minuten für das [4Fe4S]2+ Zentrum in vivo bestimmt werden. In anaeroben Bakterien stellt [4Fe4S]2+NreB die Hauptform von NreB dar, während in aeroben Bakterien hauptsächlich apoNreB vorkommt. Dieses Ergebnis konnte durch Massenspektroskopie bestätigt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden das NreA mit NreB und NreC wechselwirkt und Bestandteil des NreABC Drei-Komponentensystems ist. rn Molecular oxygen is a widespread substrate and signal molecule in nature. Evolution has developed a large number of sensory devices in bacteria for controlling the expression of catabolic, biosynthetic and protective reactions in response to O2. Under anoxic conditions, the oxygen sensor FNR from Escherichia coli is in the active state. Oxygen converts active [4Fe4S]2+ FNR to [2Fe2S]2+ FNR and further to apoFNR, which are both physiological inactive. The presence of apoFNR in aerobically and anaerobically growing E. coli was analyzed in vivo using thiol reagents. Alkylation of Cys residues in FNR and counting the labelled residues by mass spectrometry showed a form of FNR corresponding to apoFNR in aerobic bacteria. Exposure of anaerobic bacteria to oxygen caused conversion to apoFNR within 6 min. rnrnThe gram positive bacterium Staphylococcus carnosus is able to grow under anaerobic conditions by nitrate and nitrite respiration and by fermentation. The NreBC two-component system stimulates the expression of genes for nitrate respiration under anaerobic conditions. NreB is a cytoplasmic sensor histidine kinase using a PAS domain with a [4Fe4S]2+ cofactor for sensing O2. The state of NreB was studied in vivo and in vitro by measuring the reactivity and accessibility of Cys residues to alkylating agents. The change in Cys accessibility allowed determination of the half-time for the conversion of [4Fe4S]2+ NreB to apoNreB after the addition of oxygen. In anaerobic bacteria most of the NreB exists as [4Fe4S]2+ NreB, whereas in aerobic bacteria apoNreB is predominant and represents the physiological form. The number of accessible Cys residues was also determined by iodoacetate alkylation followed by mass spectrometry of Cys-containing peptides. rnrnThe function of NreA in the NreABC system is unclear. This study shows that NreA interacts with NreB and NreC. The presence of a GAF domain in NreA, which is known to bind small molecules as cofactors, qualifies NreA as a candidate for a nitrate sensor. Until now a nitrate sensor has not been described in Staphylococcus carnosus.rn
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1023
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-24770
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	106 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen