Universität zu Köln

Pawlowski, Nikolaus (2009). Complex Formation and the GTP Hydrolysis Mechanism of the Immunity-Related GTPase Irga6. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Immunity-related GTPases mediate resistance against a broad spectrum of intracellular pathogens. Irga6 (IIGP1) accumulates on the membrane of the parasitophorous vacuole, which harbours the protozoan parasite Toxoplasma gondii inside of infected cells. The protein participates in disruption of the parasites domicile, and of the enclosed pathogen, via vesiculation and membrane stripping. The enzymatic properties of Irga6, low nucleotide-binding affinity, GTP-dependent oligomerisation and cooperative GTP hydrolysis, are to be found in the dynamin superfamily of large GTPases. Dynamin oligomerises at the neck of nascent vesicles, and mediates their scission from the plasma membrane. This study focuses on the Irga6 complex formation process, and attempts to explain how the catalytic activity is stimulated by the interaction of Irga6 molecules. One of the contact surfaces, engaged in Irga6 complex formation, the so-called catalytic-interface, which is a part of the G-domain and comprises the nucleotide-binding site, was defined. The molecular surface, provided by the bound nucleotide, was shown to be employed in Irga6 complex formation. A hypothetical model of the dimeric Irga6 topology, based on the unique substrate constellation and the catalytic machinery, found in the dimeric complex of the signal recognition particle and its receptor, was proposed. The crucial catalytic reciprocal interaction, made in trans by the 3'hydroxyl of the bound nucleotide ribose, determines the relative orientation, of the signal recognition particle and its receptor, in the dimeric complex. The 3'hydroxyl was shown to be essential for Irga6 complex formation, and activation of GTP hydrolysis in trans. The model further suggested a glutamate as a key catalytic residue, which activates the GTP hydrolysis. This glutamate was shown to be crucial for, complex formation mediated stimulation of, the enzymatic activity. The fundamental biochemical properties, of two further members of the protein family, Irgb6 and Irgd, were characterized. A preliminary analysis of Irgm3 demonstrated the, elsewhere predicted, inhibitory function of this protein on GTP hydrolysis by Irga6 and Irgb6.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Komplexbildung und der GTP Hydrolyse Mechanismus der Immun-verwandten GTPase Irga6 German
Translated abstract:	Abstract Language Immun-verwandte GTPasen (Immunity-related GTPases) vermitteln Resistenz gegen ein breites Spektrum intrazellulärer Pathogene. Irga6 (IIGP1) akkumuliert auf der Membran der parasitophoren Vakuole, welche den Protozoen Parasiten Toxoplasma gondii innerhalb infizierter Zellen beherbergt. Das Protein ist an der Zerstörung des Domizils des Parasiten und des eingeschlossenen Pathogenen über Vesikulation und Membran Beraubung beteiligt. Die enzymatischen Eigenschaften von Irga6, niedrige Nukleotid Bindungsaffinität, GTP anhängige Oligomerisation und kooperative GTP Hydrolyse, findet man in der dynamin Superfamilie der großen GTPasen. Dynamin oligomerisiert an den Nacken von werdenden Vesikeln und vermittelt ihre Abspaltung von der Plasma Membran. Diese Studie fokussiert auf den Irga6 Komplex Bildungsprozess, und versucht zu erklären wie die katalytische Aktivität durch die Interaktion von Irga6 Molekülen stimuliert wird. Eine von den Kontaktoberflächen, engagiert in Irga6 Komplexbildung, der so genannte katalytische Interface, welche ein Teil der G-Domäne ist und die Nukleotid Bindungsstelle umfaßt, wurde definiert. Die molekulare Oberfläche, beigetragen von den gebundenen Nukleotid, wurde gezeigt an der Irga6 Komplexbildung beteiligt zu sein. Ein hypothetisches Modell von der dimerischen Irga6 Topologie, basierend auf der einzigartigen Substrat Konstellation und der katalytischen Maschinerie, welche in den dimeren Komplex von den Signalerkennungspartikel und seinen Receptor gefunden wurde, wurde vorgeschlagen. Die entscheidenden katalytischen gegenseitigen Interaktionen, gemacht in trans von den 3'Hydroxyl von der gebundenen Nukleotid Ribose, bestimmen die relative Orientierung, von den Signalerkennungspartikel und seinen Receptor, in den dimeren Komplex. Der 3'Hydroxyl wurde gezeigt essenziell für die Irga6 Komplexbildung und Aktivierung der GTP Hydrolyse in trans zu sein. Das Modell suggeriert des weiteren ein Glutamat als einen katalytischen Schlüssel Rest, welcher die GTP Hydrolyse aktiviert. Dieser Glutamat wurde gezeigt für die, durch Komplexbildung vermittelte, Stimulation der enzymatischen Aktivität entscheidend zu sein. Die fundamentalen biochemischen Eigenschaften, von zwei weiteren Mitgliedern der Proteinfamilie, Irgb6 und Irgd, wurden charakterisiert. Eine präliminäre Analyse von Irgm3 demonstrierte, die woanders vorhergesehene, hemmende Funktionsweise des Proteins auf die GTP Hydrolyse durch Irga6 und Irgb6. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Pawlowski, Nikolaus nikolaus.pawlowski@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-27815
Date:	2009
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language IIGP1, Irga6, Immunity Related GTPase, Oligomerisation, GTP Hydrolyse Mechanismus German IIGP1, Irga6, Immunity Related GTPase, oligomerisation, GTP hydrolysis mechanism English
Date of oral exam:	25 June 2009
Referee:	Name Academic Title Howard, Jonathan C. Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2781