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Titel: Struktur- und Funktionsanalysen von pilzlichen Zellwandproteinen der SUN- und CFEM-Proteinfamilien
Autor: Kalugin, Vitali
Weitere Beteiligte: Essen, Lars-Oliver (Prof. Dr.)
Veröffentlicht: 2017
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0509
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-05097
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0509
DDC: 570 Biowissenschaften, Biologie
Titel(trans.): Structural and functional characterisation of the fungal cell wall SUN- and CFEM-protein families
Publikationsdatum: 2018-08-08
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
Biochemie, Remodellierung, CFEM, glucosidase, fungal cell wall, Tripelhelix, CFEM, glucan helicase, protein, remodelling, thaumatin-f, Thaumatin-Domäne,, SUN, b-1,3-Glucan, biochemistry, b-1,3-Glukan, triplehelix, Glukanhelikase, glucan docking, Docking, Protein, pilzliche Zellwand, SUN, Glukosidase

Zusammenfassung:
Pilzliche Organismen stellen eine der artenreichsten Lebensformen der Erde dar. Die ausgesprochen hohe Anzahl unterschiedlicher Vertreter spiegelt hierbei die große Diversität der besetzten ökologischen Nischen wieder. Ermöglicht wird die Anpassung beispielsweise an widrige Umweltfaktoren durch einen komplexen und hoch funktionellen Zellwandaufbau. Diese 50 - 200 nm dicke Schicht setzt sich aus Chitin und b-1,3-/ b-1,6-Glukanen zusammen die weitere organismenspezifische Modifikationen beinhaltet. Die b-1,3-Glukane innerhalb dieses Netzwerks bilden tripelhelikale Überstrukturen und sorgen in Verbindung mit dem daran gebundenen Chitin, zu einem stabilen Grundgerüst. Innerhalb der stark verzweigten Architektur der pilzlichen Zellwand erfüllt eine Vielzahl an sekretierten Proteinen diverse Aufgaben. In dieser Arbeit stehen die Familien der SUN- und CFEM-Proteine im Fokus. SUN-Proteine sind bei der Remodellierung der b-1,3-Glukanstrukturen innerhalb der pilzlichen Zellwand beteiligt. Für die C-terminale SUN-Domäne aus Saccharomyces cerevisiae konnte über SPR und HDX-MS Untersuchungen die Bindungsstelle gegen Laminarin, einem b-1,3-Glukan mit b-1,6- Glucoseverzweigungen [7:1], gezeigt werden. Molekulardynamische Simulationen für die Interaktion von ScSun4C gegen Curdlan, einem unverzweigten b-1,3-Glukan, zeigten hierbei ein stabiles Bindungsverhalten über 100 ns. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend können zwei Funktionsmodelle der C-terminalen SUN-Domäne geschlussfolgert werden. Die SUN-Domäne als neuartige, reversible Docking-Einheit innerhalb des b-Glukanmaterials, oder als Tripelhelix entwindende Glukanhelikase. Letztere sorgt für ein Entwinden der thermodynamisch begünstigten Tripelhelix und einem dadurch schnelleren Abbau durch endo-/exo-Glukosidasen. AFM-Untersuchungen können weiterhelfen die beschriebenen Modelle zu verifizieren. CFEM-Proteine können nach phylogenetischen Analysen in mehrere distinkte Gruppen, mit unterschiedlichen Aufgaben und Funktionen unterteilt werden, die durch zusätzliche strukturbasierte Erkenntnisse bestätigt werden können. Pga7-Orthologe sind bei der Akquisition von Hämin aus Hämoglobin und dessen Weiterleitung ins Zellinnere beteiligt. Die Bindung gegen Hämin zeigt hierbei eine zeitliche Abhängigkeit, sodass ein zweistufiger Bindungsprozess mit einer strukturellen Reorganisation geschlussfolgert werden kann. Für Ccw14-Orthologe, die bei der Quervernetzung der Zellwand beteiligt sind, konnte hingegen keine Häminbindung beobachtet werden. Die Interaktion von Ccw14-Orthologen zu endo-Glukosidasen wie Bgl2 könnte hierbei wichtige Fragen zur gruppenspezifischen Funktion beantworten.

Summary:
The fungal kingdom is one of the most diverse lifeforms found on earth. Hereby the manifold number of different subspecies reflects their populated ecological niches. The fungal cell wall is a complex and highly functional organelle that allows adaptation to adverse environmental conditions like change in osmolarity. This 50 – 200 nm thick layer is formed by a basic set-up from chitin and b- 1,3-/ b-1,6-glucans and further species specific content. Within this heavily cross-linked network the b-1,3-glucans form triple helical structures that are then linked to the chitin moiety. This corecontent of b-glucans and chitin is primarily responsible for the robustness of the fungal cell wall. In the cross–linked space of the inner cell wall an enormous number of secreted proteins perform various roles. This work will focus on the two groups of SUN- and CFEM-proteins. SUN-proteins play a role during the cell wall remodelling process of b-1,3-glucans. SPR and HDX-MS experiments for the Cterminal SUN-domain of Saccharomyces cerevisiae showed active binding towards Laminarin, a b-1,3- glucan with additional b-1,6-glucose linkage [7:1]. Molecular dynamic simulations of ScSun4C with bound curdlan, an unlinked triple helical b-1,3-glucan, showed stable binding during the whole calculation of 100 ns. These binding results combined with structural information of the C-terminal SUN-domain lead to two hypothetical models. The SUN-domain as a novel, reversible b-glucan docking unit or as a triple helical b-glucan unwinding domain. This glucan helicase like behaviour unwinds hereby the triple helical form and passes one single b-glucan strand through its tunnel. This single b-glucan then can be easily hydrolysed by endo-/exo-glucanase. Atomic force microscopy could verify this glucan helicase functionality CFEM-Proteins show in phylogenetic analysis distinct groups with cluster specific functions. That is in accordance with structural information from the protein structure of Candida albicans Csa2 a Pga7-like protein. This group of Pga7-like proteins is involved in heme-iron acquisition from haemoglobin and the transport inside the cell. A time dependent heme binding mechanism could be observed for Pga-like proteins with a two-step binding mode and a structural reorganisation within the binding pocket. Ccw14-like CFEM-proteins lack the heme-binding functionality. This group plays a role in cross-linking the inner cell wall compartment. The interaction of Ccw14 from Saccharomyces cerevisiae with Bgl2, an endo-glucanase could solve the mystery about this group.


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