Universität zu Köln

Anpassung an Kältestress in Corynebacterium glutamicum

Özcan, Nuran (2006) Anpassung an Kältestress in Corynebacterium glutamicum. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Unter Kältestress oder Osmostress akkumuliert Corynebacterium glutamicum kompatible Solute durch Synthese und/oder Aufnahme aus dem umgebenden Medium. Dabei wird die kälteregulierte Aufnahme durch die sekundären Transportsysteme der BCCT-Familie, BetP und LcoP, vermittelt. Der Carrier BetP ist bei Kältestress auf Aktivitätsebene, sowie darüber hinaus auf Transkriptions- und Translationsebene, reguliert. Die Aktivierung von BetP kann durch drei Stimuli erfolgen: Kältestress, hyperosmotische Bedingungen sowie das Lokalanästhetikum Tetracain. Ist das Protein durch einen der Faktoren bereits maximal aktiv, ist eine weitere Stimulierung durch einen zusätzlichen Faktor ausgeschlossen. Während der Transporter unter hyperosmotischen Bedingungen durch eine Erhöhung der internen Kaliumionenkonzentration aktiviert wird, konnte nachgewiesen werden, dass die Kälteaktivierung von BetP durch ein anderes Signal erfolgt, und dass die Reizwahrnehmung dabei unabhängig von der osmosensorischen Domäne des Carriers ist. Dies führte zu der Frage, ob das Transportsystem BetP als Kältesensor fungiert. Die Detektion von Kältestress könnte grundsätzlich durch BetP selbst über Änderungen des Membranzustandes oder durch Beteiligung eines zweiten Proteins, welches möglicherweise als Kältesensor fungiert, erfolgen. Beide Modelle konnten durch den Verlust der Kälteaktivierung des Carriers nach (i) heterologer Expression von betP im E. coli System sowie nach (ii) Rekonstitution des gereinigten Proteins in Liposomen variierender Membranzusammensetzung nicht bestätigt werden. Der Einfluss der Membran als potentieller Stimulus der Kälteaktivierung von BetP wurde nach Kultivierung von C. glutamicum Zellen bei verschiedenen Temperaturen untersucht. Die Zusammensetzung der Fettsäuren sowie der Kopfgruppen der Phospholipide zeigte eine signifikante Korrelation mit der Kultivierungstemperatur. Durch gezielte Variation der Phospholipide der Cytoplasmamembran in Abhängigkeit von der Kultivierungstemperatur konnte gezeigt werden, dass die Sensitivität des Carriers gegenüber Kältestress in hohem Maße von der Phospholipidumgebung abhängt. Dadurch wird die Hypothese, dass BetP selbst als Kältesensor fungiert, der Temperaturunterschiede möglicherweise über eine veränderte Protein-Lipidinteraktion detektiert, untermauert.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Corynebacterium glutamicum responds to chill stress by synthesis and/or uptake of compatible solutes. Transport is mediated by the secondary uptake systems of the BCCT-carrier BetP and LcoP. The carrier BetP is regulated at the level of activity as well as at the level of transcription and translation. Chill activation of BetP occurs via three different stimuli: chill stress, hyperosmotic stress and the local anaesthetic tetracaine. After maximal activation of BetP by one of these factors no further increase of activity by an additional stimulus was observed. The internal potassium concentration represents the stimulus for osmotic activation whereas chill activation of BetP is detected via a different stimulus. This is underlined by the independence of chill activation of the osmoregulatory C-terminal domain of BetP. These results led to the question if the transporter BetP itself acts as a chill sensor. Detection of chill stress, in general, may be the consequence of alterations of the physical state of the membrane or the involvement of an additional protein, which possibly acts as a chill sensor. Both models were analysed (i) by heterologous expression of betP in E. coli as well as (ii) by reconstitution of purified BetP-protein in liposomes with varying lipid composition. BetP did not show any chill activation in these membranes thus no hypothesis could be corroborated. As an alternative approach the influence of the physical state of the membrane on BetP chill activation was investigated after adaptation of C. glutamicum cells to different growth temperatures. Variations of the cultivation temperature led to significant alterations of the fatty acid profiles and the phospholipid headgroup composition. A strong correlation was found between the sensitivity of BetP towards chill stress and the physical state of the membrane depending on growth temperature. Consequently, BetP itself could act as a chill sensor detecting a temperature shift by varying changes of the protein lipid interactions.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Özcan, Nurannuranoezcan@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-19849
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Kältestress, Corynebacterium glutamicum, Transporter, LipideGerman
    Chill stress, Corynebacterium glutamicum, Transporter, LipidsEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Biochemie
    Language: German
    Date: 2006
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 11 February 2007
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 11 Apr 2007 08:35:52
    Referee
    NameAcademic Title
    Krämer, ReinhardProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1984

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