Universität zu Köln

Becker, Markus Christian (2013). Intersubunit Cross-talk in the Betaine Permease BetP from Corynebacterium glutamicum. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF druck01.pdf Download (4MB)

Abstract

The secondary active glycine-betaine transporter BetP of the gram-positive soil bacterium Corynebacterium glutamicum has become a paradigm for osmo-regulated transport systems. BetP is the only transport protein regulated by osmolality for which the sensing domain is clearly established and for which structural information at the level of atomic resolution is available. Biochemical studies have shown that the transporter is activated by raising potassium concentrations both in vivo and in vitro which are sensed by the C-terminal, hydrophilic domain, located in the cytoplasm. The C-terminal sensor domain was shown to be involved in inter-protomer contacts in the homo-trimeric quarternary structure of the transporter. It was furthermore shown that mutations impairing the trimerisation of the transporter severely affect the regulatory function. Furthermore several structural studies reported conformational asymmetry of single protomers to occur in BetP. These findings suggested the occurrence of a regulatory relevant cross-talk between the protomers of the homo-trimeric BetP. The interaction of the C-terminal domain with the cytoplasmic loop2 of the adjacent protomer was speculated to be crucial for the osmosensing function. To test the relevance of conformational cross-talk between BetP protomers, artificial hetero-trimeric BetP was established in the current work. With this system it was possible to clearly exclude any functionally relevant cross-talk in the activation of BetP. The established hetero-trimers where shown to be a useful tool for the analysis of the molecular dynamics of the transporter via spectroscopic methods. Beside BetP only two different transport proteins have been prooven to be regulated by the external osmolality. Purification and reconstitution of the osmoregulated betaine transporter LcoP from C. glutamicum proved the osmosensing function of this carrier as well. For LcoP the osmosensing domains in this transporter could be identified in the C- and N-terminal hydrophilic domains. Furthermore it could be shown that this protein is a promising candidate for structural analysis. It may therefore be used as test system for conclusions that were drawn for the whole family of Betaine-Carnithine-Choline-Transporters based on data obtained from the the betaine permease BetP.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Interprotomer Cross-talk in der Betain Permease BetP aus Corynebacterium glutamicum German
Translated abstract:	Abstract Language Der sekundär aktive Glycinbetain Transporter BetP des Bodenbakteriums Corynebacterium glutamicum ist mittlerweile ein Paradigma für Transportproteine deren Aktivität durch die Osmolalität reguliert wird. BetP ist das einzige osmotisch reguliererte Transportprotein für das die Sensordomäne bekannt und gleichzeitig strukturelle Information auf atomarer Ebene verfügbar ist. In verschiedenen Studien wurde gezeigt, dass BetP durch Erhöhung der internen Kaliumkonzentration sowohl in vivo, als auch in vitro aktiviert wird. Die Kaliumkonzentration wird durch die C-terminale hydrophile Domäne sensiert. Die Sensordomäne befindet sich auf der zytoplasmatischen Seite der Membran. Diese Domäne ist auch an der Ausbildung von Kontakten zwischen den einzelnen Protomeren des homotrimeren Transportproteins beteiligt. Es war weiterhin bekannt, dass Mutationen die mit der Assemblierung des Homotrimers interferieren, auch einen starken Einfluss auf die Regulation des Proteins zeigen. Weiterhin wurde in verschiedenen Studien eine konformationelle Asymmetrie zwischen verschiedenen Protomeren beobachtet. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde eine funktionell relevante konformationelle Kopplung zwischen den Protomeren eines BetP Trimers vermutet. Für die Aktivierung des Proteins wurde weiterhin die Interaktion zwischen der C-terminalen Sensordomäne eins Protomers und Loop2 des Nachbarprotomers als unerlässlich betrachtet. Um die funktionelle Relevanz einer möglichen konformationellen Kopplung zwischen den Protomeren eines BetP Trimers zu testen wurden in der vorliegenden Arbeit artifizielle BetP Heterotrimere etabliert. Mithilfe dieser war es möglich jede Form der vorgeschlagenen Signaltransduktion zwischen den Protomeren auszuschliessen. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass diese Heterotrimere die Untersuchung der molekularen Dynamik von BetP mittels fluoreszenz-spektroskopischer Methoden erlauben. Die osmotische Regulation in vitro ist bisher nur für drei Transportproteine bewiesen. In der vorliegenden Arbeit konnte diese Funktion auch für das Transportprotein LcoP von C. glutamicum nachgewiesen werden. Die Sensordomänen dieses Proteins konnten durch Mutagenesestudien aufgefunden werden. Es wurde gezeigt, dass LcoP ein vielversprechender Kandidat für strukturelle Studien ist und somit ein attraktives Testsystem für die Hypothesen darstellen könnte, die derzeit alle auf der Basis von BetP für die gesamte Betain-Carnithin-Cholin-Transporter Familie aufgestellt werden. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Becker, Markus Christian mbeckr24@smail.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-51810
Date:	June 2013
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Biochemistry
Subjects:	Chemistry and allied sciences Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Betain Kopplung Trimer Transport sekundär Osmo German
Date of oral exam:	23 May 2013
Referee:	Name Academic Title Krämer, Reinhard Prof. Dr. Flügge, Ulf Ingo Prof. Dr. Ziegler, Christine Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5181