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http://doi.org/10.25358/openscience-1525Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.contributor.author | Monzel, Christian | |
| dc.date.accessioned | 2015-01-05T11:39:53Z | |
| dc.date.available | 2015-01-05T12:39:53Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.identifier.uri | https://openscience.ub.uni-mainz.de/handle/20.500.12030/1527 | - |
| dc.description.abstract | Escherichia coli kann unter aeroben und anaeroben Bedingungen mit C4-Dicarboxylaten wachsen, die Regulation des Stoffwechsels erfolgt durch das Zwei-Komponenten-System DcuSR. Die C4-Dicarboxylattransporter DctA (aerob) bzw. DcuB (anaerob) agieren als Co-Regulatoren und bilden gemeinsam mit der Sensor-Histidinkinase DcuS einen Sensorkomplex, in dem DcuS den Sensor darstellt und DctA bzw. DcuB diesen in seine rezeptive Form überführen. DcuS ist membranständig und verknüpft die Bindung von C4-Dicarboxylaten im Periplasma mit der Autophosphorylierung seiner Kinasedomäne im Cytoplasma. Dies stellt den Beginn einer Signalkaskade vom extrazellulären Reiz zum cytoplasmatischen Responseregulator DcuR dar.rnIn dieser Arbeit wurde die intramolekulare Signaltransduktion in DcuS und über die Membran untersucht. Der Fokus lag auf der Funktion der beiden Transmembranhelices TM1 und TM2 und der cytoplasmatischen PAS-Domäne, die die sensorische PASp- mit der effektorischen Kinasedomäne verbinden. Konformationsänderungen dieser Signalweiterleitung wurden durch Cysteinzugänglichkeitsstudien, oxidatives Cystein-Crosslinking und Mutageneseexperimente analysiert. rnTM2 wurde als der Überträger eines transmembranen Signals identifiziert, während TM1 als Membrananker fungiert. Der aktive Signalzustand von TM2 wird unabhängig von der Art der DcuS-Aktivierung (Effektorbindung, Deletion des Co-Regulators DctA oder PASc-ON-Mutationen) eingenommen. Der Signaltransduktion liegt eine Verschiebung von TM2 entlang ihrer Längsachse (Kolbenhub) in Richtung Periplasma zu Grunde. Cystein-Crosslinking offenbarte eine durchgehende Helix aus PASp-α6 und TM2, die im Dimer parallel mit ihrem Pendant verschoben wird. Die Amplitude des Kolbenhubs wurde anhand von Zugänglichkeitsveränderungen, der Lage verankernder Tryptophanreste, Strukturvergleichen und energetischen Berechnungen auf max. 4 - 6 à festgelegt. Sie ist von der Effektorstärke abhängig und koppelt so die metabolische Bevorzugung einzelner Substrate an das Ausmaß des Kolbenhubs und der Genexpression. Für die cytoplasmatische PAS-Domäne wurde ein Zusammenhang zwischen lokaler Dimerisierung und Kontrolle der Sensorfunktion nachgewiesen. Schwächung der Dimerisierung führt zu einer Aktivierung der Sensorkinase. Es wurde eine hydrophobe Region identifiziert, deren strukturelle Integrität für diese Dimerisierung essentiell ist. Mit N248 wurde ein funktionell bedeutender Rest beschrieben, der auf Grund seiner Lage und seiner Eigenschaft mehrere Sekundärstrukturelemente zu verknüpfen, als Scharnier innerhalb der Domäne an der Umsetzung des Kolbenhubs in eine veränderte Quartärstruktur von PASc beteiligt sein könnte. | de_DE |
| dc.description.abstract | Aerobic and anaerobic C4-dicarboxylate metabolism in E. coli is regulated by the twocomponent system DcuSR. The transporters of C4-dicarboxylates, DctA under aerobic and DcuB under anaerobic conditions, respectively, act as co-regulators and form a sensor complex with the sensor histidine kinase DcuS. Therein, DcuS serves as the actual sensor while DctA or DcuB convey DcuS into its responsive state. Binding of C4-dicarboxylates at the periplasmic portion of membraneous DcuS induces autophosphorylation of a cytoplasmic histidine residue as the starting point of a signaling cascade via the response regulator DcuR.rnThe intramolecular signal transduction of DcuS was investigated. This work focuses on the two transmembrane helices and the cytoplasmic PAS domain, since they connect input in PASp with the output in the kinase domain. Conformational shifts during signal transduction were analyzed using scanning cysteine accessibility, oxidative cysteine crosslinking and mutagenesis. rnTM2 was identified as the main participant in transmembrane signaling, while TM1 plays only a minor role. The active signaling state is occupied by TM2 irrespective of the way DcuS is stimulated (effector binding, deletion of the co-regulator, ON-mutations). Signal transduction is carried out by a sliding of TM2 along its long axis (piston type) towards periplasm. By means of cysteine crosslinking, a continuous α-helix of PASp-α6 and TM2 was described, which is shifted in parallel to its counterpart within the dimer. Based on changes in the cysteine accessibility, the position of anchoring tryptophane residues, structure comparisons, and energetic calculations the amplitude of piston typerndisplacement was determined to be 4 - 6 à at the maximum. Its magnitude corresponds with the strength of an effector and thus, couple metabolic preference with the extent of gene expression.rnFor the cytoplasmic PAS domain a correlation between local dimerization and control of sensor function was demonstrated. A hydrophobic patch on the surface of PASc with relevance for dimerization was recognized. N248 was shown to be of special interest due to its localization and unique connection of secondary structural elements and could work as a hinge for the sake of signal transformation from piston type to alterations in the quarternary structure of PASc. | en_GB |
| dc.language.iso | ger | |
| dc.rights | InCopyright | de_DE |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ | |
| dc.subject.ddc | 570 Biowissenschaften | de_DE |
| dc.subject.ddc | 570 Life sciences | en_GB |
| dc.title | Signaltransduktion in der membranständigen Sensor-Histidinkinase DcuS von Escherichia coli | de_DE |
| dc.type | Dissertation | de_DE |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:hebis:77-39455 | |
| dc.identifier.doi | http://doi.org/10.25358/openscience-1525 | - |
| jgu.type.dinitype | doctoralThesis | |
| jgu.type.version | Original work | en_GB |
| jgu.type.resource | Text | |
| jgu.organisation.department | FB 10 Biologie | - |
| jgu.organisation.year | 2014 | |
| jgu.organisation.number | 7970 | - |
| jgu.organisation.name | Johannes Gutenberg-Universität Mainz | - |
| jgu.rights.accessrights | openAccess | - |
| jgu.organisation.place | Mainz | - |
| jgu.subject.ddccode | 570 | |
| opus.date.accessioned | 2015-01-05T11:39:53Z | |
| opus.date.modified | 2016-11-10T09:41:11Z | |
| opus.date.available | 2015-01-05T12:39:53 | |
| opus.organisation.string | FB 10: Biologie: FB 10: Biologie | de_DE |
| opus.identifier.opusid | 3945 | |
| opus.institute.number | 1000 | |
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| opus.type.contenttype | Dissertation | de_DE |
| opus.type.contenttype | Dissertation | en_GB |
| jgu.organisation.ror | https://ror.org/023b0x485 | |
| Appears in collections: | JGU-Publikationen | |
