Universität zu Köln

The cell division protein FtsL of Bacillus subtilis and its proteolysis

Wadenpohl, Inga (2010) The cell division protein FtsL of Bacillus subtilis and its proteolysis. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Cell division in Bacillus subtilis is a highly regulated process. Division takes place precisely at midcell resulting in two equally sized daughter cells. It is important that the divisome is disassembled after division is completed and does not directly re-assemble. Otherwise a new cycle of division is initiated close to the new formed cell pole, resulting in non viable, DNA-less mini cells. This study analyses the role of the intramembrane protease RasP in preventing divisome re-assembly. RasP degrades the late cell division protein FtsL in vivo. We tried to establish an in vitro assay to investigate this proteolysis. Both proteins were purified, but RasP seems to be partly unfolded after solubilisation. Therefore a heterolous co-expression system in E. coli was established instead. It is shown here that the division protein DivIC can protect FtsL against RasP cleavage. This stabilisation is achieved by inhibiting substrate recognition. It could be shown that a recognition motif within the cytosolic N-terminal domain of FtsL is essential for degradation by RasP. FtsL and DivIC tightly interact with each other. Direct interaction of the N-terminal domains blocks accessibility of the FtsL substrate recognition motif. Hence, as long as FtsL is incorporated in the divisome, RasP cleavage is impaired. After the division complex disassembles RasP is able to degrade FtsL. This cleavage removes FtsL from the membrane. Using fluorescence microscopy it was shown that the cytosolic cleavage product is then rapidly degraded by general proteolysis. A complex network of the late division proteins FtsL, DivIC and DivIB most likely provides a scaffold for cytokinesis. Since these proteins are strongly interdependent on each other for correct assembly, complete degradation of FtsL should efficiently prevent re-assembly of the divisome close to the new cell pole.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Zellteilung in Bacillus subtilis ist ein exakt regulierter Prozess. Die Teilung erfolgt präzise in der Zellmitte, so dass zwei gleich große Tochterzellen gebildet werden. Es ist wichtig, dass der Zellteilungapparat anschließend vollständig disassembliert und sich nicht direkt wieder zusammenlagert. Andernfalls wird eine erneute Zellteilung nahe des neu gebildeten Zellpols eingeleitet, die zu nicht lebensfähigen, DNS-freien Minizellen führt. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Rolle die Intramembran-Protease RasP bei der Verhinderung einer solchen Re-Assemblierung spielt. In vivo kann RasP das Zellteilungsprotein FtsL abbauen. Zur näheren Untersuchung dieser Proteolyse sollte ein in vitro Assay etabliert werden. Beide Proteine konnten gereinigt werden, jedoch scheint RasP nach der Solubilisierung teilweise entfaltet vorzuliegen. Daher wurde stattdessen ein heterologes Co-Expressionssystem in E. coli etabliert. Es wurde gezeigt, dass das Zellteilungsprotein DivIC FtsL vor diesem Abbau durch RasP schützen kann. Diese geschieht, indem die Substraterkennung durch die Protease verhindert wird. Es konnte gezeigt werden, dass ein Substraterkennungsmotif in der cytosolischen, N-terminalen Domäne von FtsL für die Proteolyse essentiell ist. FtsL und DivIC interagiren stark miteinander. Dabei führt direkte Interaktion der N-terminalen Domänen dazu, dass das Substraterkennungsmotif nicht zugänglich ist. Daher kann RasP FtsL nicht abbauen, solange das Protein noch in den Zellteilungsapparat eingebunden ist. Erst nachdem der Komplex nach der Zellteilung zerfällt, kann FtsL von RasP hydrolisiert werden. Dadurch wird FtsL aus der Membran entfernt. Mittels Fluoreszenzmikroskopie wurde gezeigt, dass das cytosolische Fragment danach sehr schnell durch generelle Proteolyse abgebaut wird. Ein komplexes Netzwerk der Zellteilungsproteine FtsL, DivIC und DivIB bildet ein strukturelles Gerüst für die Cytokinese. Da die Komplexbildung dieser Proteine stark voneinander abhängig ist, sollte der vollständige Abbau von FtsL eine Re-Assemblierung des Zellteilungsapparates und die Bildung von Minizellen verhindern.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Wadenpohl, Ingainga.wadenpohl@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-33457
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Zellteilung, FtsL, ProteolyseGerman
    Cell division, FtsL, ProteolysisEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Biochemie
    Language: English
    Date: 2010
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 11 October 2010
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 28 Mar 2011 11:40:15
    Referee
    NameAcademic Title
    Krämer, ReinhardProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/3345

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