Physiological role of rhomboid proteases in prokaryotes
Final Report Abstract
Rhomboide katalysieren im Gegensatz zu allen anderen prokaroytischen Proteasen eine proteolytische Spaltung in der Membran. Bezüglich der biologischen Relevanz dieses Prozesses (z.B. Signaltransduktion) gibt es bisher keinerlei Erkenntnisse, außer einer Beteiligung der Rhomboid- Proteasen beim Quorum-Sensing in P. stuartii, bei der eine nichtkonservierte Domäne der A Untereinheit des Tat-Translokons abgespalten wird. Das Hauptanliegen dieses Projektes war es, die physiologische Bedeutung der beiden Rhomboid- Proteasen im Modellorganismus Corynebacterium glutamicum zu ermitteln. Für die Expression der Rhomboid-Protease Cg2767 wurde eine Induktion nach einem Hitzestress in der exponentiellen und der stationären Wachstumsphase gezeigt. Um das Fehlen der Rhomboide phänotypisch und auf molekularer Ebene zu charakterisieren, wurde der Stamm ATCC 13032 ∆cg2767/ ∆cg0049 hergestellt. Dabei zeigte sich unter den getesteten Bedingungen kein Unterschied hinsichtlich Morphologie und Wuchsverhalten zwischen der Mutante und dem WT. Um der Frage nachzugehen, ob dennoch Unterschiede auf molekularer Ebene vorliegen, wurden Mutante und WT mit/ohne Hitzestress in der exponentiellen und stationären Wachstumsphase mit Transkriptomik, Proteomik und Lipidomik verglichen. Insgesamt konnten im Mittel 850 Proteine in der Cytoplasma- und Membran-Fraktion quantifiziert werden, wobei deutlichere Veränderungen auf Proteom-, als auf Transkriptomebene gefunden wurden. Clusteranalysen (hierarchisch und KOG) sowie ANOVA zeigten, dass Rhomboide die Abundanz vieler Proteine, mit unterschiedlichen zellulären Funktionen beeinflussten, wobei mehr Proteine in der stationären als in der exponentiellen Wachstumsphase betroffen waren. In beiden Phasen wurde eine Abnahme von ribosomalen Proteinen, der RNA-Polymerase, zudem Unterschiede in Eisen- Aufnahmesystemen gefunden. Eine bisher nicht für Mikroorganismen beschriebene Verbindung von Rhomboiden mit der Zellwandbiosynthese legten Veränderungen von Enzymen der Lipidbiosynthese nahe. Dies wurde durch Lipidomanalysen für die stationäre Wachstumsphase bestätigt, bei denen Phosphatidylglycerin, Phosphatidsäure, und Phosphatidylinositol im ∆cg2767/ ∆cg0049 Stamm bei Kultivierung bei 30 °C und 40 °C zunahmen.
Publications
- (2012) Protein turnover quantification in a multi-labeling approach - from data calculation to evaluation. Mol. Cell. Proteomics, 11.8, 512-26
C. Trötschel., S. Albaum., D. Wolff, S. Schröder, A. Goesman, T.W. Nattkemper, M. Rögner, and A. Poetsch
(See online at https://doi.org/10.1074/mcp.M111.014134)
