Universität zu Köln

Regulation des Betaintransporters BetP aus Corynebacterium glutamicum während der Anpassung an hyperosmotischen Stress

Botzenhardt, Johannes (2004) Regulation des Betaintransporters BetP aus Corynebacterium glutamicum während der Anpassung an hyperosmotischen Stress. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Das Betainaufnahmesystem BetP aus Corynebacterium glutamicum ist ein osmotisch regulierter sekundärer Transporter für das kompatible Solut Betain. Die Aktivierung solcher Transporter nach einem hyperosmotischen Schock stellt einen zentralen Teil der bakteriellen Antwort auf hyperosmotischen Stress dar. Da je nach Ausmaß des Stresses unterschiedliche interne Konzentrationen kompatibler Solute eingestellt werden müssen, ist auch die rechtzeitige Beendigung der Akkumulation dieser Substanzen durch die Abschaltung der Synthese- und Transportsysteme oder die Aktivierung von Exportern ein unverzichtbarer Bestandteil dieser Antwort. Während die Aktivierung der Transporter als unmittelbare Reaktion auf osmotischen Stress bereits seit Jahren systematisch erforscht wird, wurde in dieser Arbeit erstmals die Regulation eines Transporters für kompatible Solute während der Adaptation an hyperosmotischen Stress ausführlich untersucht. Dazu wurde betP in Zellen exprimiert, in denen die Gene für alle bekannten Transporter kompatibler Solute deletiert worden waren. Die Betainaufnahme durch BetP oder eine hinsichtlich der Antwort auf osmotischen Stress deregulierte Mutante wurde in verschiedenen Phasen der Antwort auf osmotischen Stress untersucht und nach unidirektionalem Import, unidirektionalem Export und Nettoimport aufgeteilt. Während der Adaptationsphase wurde ein stark verlangsamter Nettoimport von Betain beobachtet, was auf eine Abnahme der Importgeschwindigkeit von BetP und signifikante Gegentauschaktivität des Transporters zurückgeführt werden konnte. Die Beteiligung von separaten Effluxsystemen konnte ausgeschlossen werden. Die Regulation von BetP beim Eintritt in die Adaptationsphase ist von Änderungen der cytoplasmatischen Kaliumionenkonzentration unabhängig und unterscheidet sich daher von der Regulation der Aktivierung. Eine Inhibition durch intern akkumuliertes Substrat, wie sie für andere Trans-porter kompatibler Solute beschrieben wurde, ist ebenfalls nicht verantwortlich für die Adaptationsregulation von BetP. Aufgrund der Ergebnisse wird vermutet, dass als zweiter regulatorischer Stimulus ein osmotisch relevanter Parameter direkt von BetP wahrgenommen wird. Mögliche Kandidaten sind hierbei der Hydratationsstatus des Proteins sowie Ände-rungen bei den Protein-Membran-Wechselwirkungen.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    The betaine uptake system BetP of Corynebacterium glutamicum is an osmotically regulated secondary transporter for the compatible solute betaine. The activation of such transporters is an essential part of the bacterial response to hyperosmotic stress. To ensure adequate internal concentrations of compatible solutes in dependency on the extent of osmotic stress, the downregulation of synthesis and import systems or the activation of exporters must be included in this response. While the activation of transporters as the initial response to hyperosmotic stress has been subject of research since many years, this is the first study extensively elucidating the regulation of a compatible solute transporter during the adaptation to hyperosmotic stress. The betP gene was expressed in cells lacking all known transporters for compatible solutes. In different phases of the osmotic stress response, betaine uptake mediated by BetP as well as by a mutant which is deregulated in its response to hyperosmotic stress was monitored and dissected into fluxes of unidirectional uptake, unidirectional efflux and net uptake. In the adaptation phase, a downregulation of betaine net import was observed which was due to a decrease of net import by BetP as well as significant counter-exchange activity of the transporter. The participation of a separate export system could be excluded. The regulation of BetP which leads to the adaptation phenomenon is independent of the cytoplasmic potassium ion concentration and for that differs from the regulation of activation of BetP. Feedback inhibition, postulated for other compatible solute transporters, is not part of BetP regulation. We suggest that the second regulatory stimulus is an osmotically relevant parameter such as the hydration status of the protein or changes in protein-membrane interactions and is sensed directly by BetP.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Botzenhardt, Johannesjohannesbotzenhardt@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-12022
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Corynebacterium glutamicum , Betain , Transporter , Osmotischer Stress , RegulationGerman
    Corynebacterium glutamicum , betaine , transporter , osmotic stress , regulationEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Biochemie
    Language: German
    Date: 2004
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 29 June 2004
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 21 Jul 2004 14:06:03
    Referee
    NameAcademic Title
    Krämer, ReinhardProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1202

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