Podcasts about atp hydrolyse

Das Kalzium Signalnetzwerk ist ein wichtiger Übermittler von internen und externen Reizen in der Pflanze. Diese Signale werden unter anderem durch Calmodulin und calmodulin ähnlichen Proteine an verschiedene Effektorproteine weitergeleitet. AFG1L2 (AFG1 like Protein 2) wurde in dieser Arbeit als calmodulin bindendes Proteine aus der Familie der AAA+ Proteine (ATPasen associated with various cellular activities) identifiziert. Mit Hilfe von GFP Fusionskonstrukten konnte die in vivo Lokalisierung von AFG1L2 in Mitochondrien gezeigt werden, und die duale Lokalisierung des bereits zuvor beschriebenen Homologs AFG1L1 in Chloroplasten und Mitochondrien bestätigt werden. Die Bindung von Calmodulin erfolgt bei AFG1L2 kalziumabhängig und die Calmodulin Bindedomäne befindet sich homolog zu AFG1L1 nahe dem für die ATP Hydrolyse essenziellen Walker A Motiv in der AAA Domäne. Es konnte gezeigt werden, dass ADP die Interaktion von AFG1L2 und Calmodulin verstärkt. Das weist auf einen inhibierenden Effekt von Calmodulin hin, da die Nucleotid Bindetasche besetzt bleibt und keine erneute ATP Hydrolyse stattfinden kann. Neben den konservierten Motiven haben AAA+ Proteine die Bildung von Oligomeren, meist Hexameren gemeinsam. In der Regel ist der Komplex die hydrolytisch aktive Form. Es konnte gezeigt werden, dass AFG1L2 prinzipiell in der Lage ist Oligomere zu bilden, aber dass das Vorliegen als Komplex wahrscheinlich nicht für die Hydrolyse von ATP erforderlich ist. Um die Funktion von AFG1L1 und AFG1L2 in der Pflanze zu bestimmen, wurden afg1l1 und afg1l2 Mutanten untersucht. Diese zeigten aber unter den normalen Bedingungen keinen Phänotyp. Auch eine im Zuge dieser Arbeit generierte afg1l1/afg1l2 Doppel Mutante wies unter Standart-Bedingungen keine Beeinträchtigungen im Wachstum auf. Analysen der Expression der Proteine legen nahe, dass AFG1L1 und AFG1L2 unter Gewächshaus Bedingungen einander nicht substituieren. DNA Microarray Daten lassen jedoch auf eine Beteiligung von AFG1L1 an der Stress Toleranz gegen Salz und Hyper-Osmolarität schließen.

Die Organisation der DNA in Nukleosomen hat einen großen Einfluss auf die Regulation von grundliegenden Prozessen wie Transkription, Replikation oder Reparatur der DNA im Zellkern. Um die hinderliche Natur des Chromatins bei diesen fundamentalen Prozessen zu überwinden, existieren mehrere verschiedene Chromatin modifizierende Proteinkomplexe im Zellkern. Chromatin Remodelling Komplexe nützen die Energie der ATP-Hydrolyse um die Position der Nukleosomen so zu verändern, dass verschiedene Abschnitte der DNA für die Interaktion mit regulierenden Faktoren zugänglich werden. Ein Klasse solcher Remodelling Faktoren beinhalten die ATPase ISWI als katalytische Untereinheit. Das Protein wurde zuerst in Drosophila entdeckt und die drei verschiedenen ISWI enthaltenden Komplexe, nämlich NURF, ACF und CHRAC, wurden ausführlich in diesem Modellorganismus untersucht. Homolog zur Fruchtfliege existieren sehr ähnliche Protein Komplexe beim Menschen. Wir haben das humane ISWI mit den Isoformen Snf2h und Snf2L im Prostatakarzinom untersucht. In einem Tissue Microarray wurden Gewebeproben mit Hilfe von polyklonalen Antikörpern gegen ISWI gefärbt. Es folgte ein quantitativer Vergleich der Färbungsintensitäten im Karzinomgewebe sowie in gutartigem Gewebe der Prostata durch Anwendung von digitaler Bildanalyse. Das Ergebnis war eine signifikant stärkere Färbung im neoplastischen Gewebe. Eine Anreicherung von ISWI in Krebszellen ist besonders interessant im Kontext der bekannten Funktionen des Proteins für DNA-Replikation, Zellproliferation und Regulation der Chromatinstruktur. In einem zweiten Projekt sind wir zum Modell der Fruchtfliege zurückgekehrt und entwickelten monoklonale Antikörper gegen Toutatis, das zu einer Proteinfamilie gehört, die auch einige bekannte Interaktionspartner von ISWI umfasst. Die Proteine dieser Familie haben vermutlich eine regulatorische Funktion in den Remodelling Komplexen, denn am Beispiel von Acf1 wurde gezeigt, dass sie die nukleosomale Bindung sowie die Effizienz und Richtung der Mobilisierung von Nukleosomen modifizieren. Unsere Antikörper wurden etabliert, um Toutatis enthaltende Komplexe durch Western Blot Analyse von gereinigten Drosophila-Extrakten und Immunfluoreszenz zu charakterisieren. Mit diesen Methoden fanden wir eine Koelution von Toutatis mit der ATPase Brahma und dem Strukturprotein Spectrin alpha sowie eine Lokalisation in der Lamina des Zellkerns. Ein mögliches Zusammenspiel dieser Proteine in einem neuen Chromatin Remodelling Komplex mit einer Beteiligung an der DNA-Reparatur wird diskutiert.

Das Dhh1 Protein aus Saccharomyces cerevisiae ist aufgrund von acht hoch konservierten Aminosäure-Motiven als putative RNA Helikase klassifiziert. In S. pombe (Ste13p), Drosophi-la melanogaster (ME31B), Xenopus laevis (Xp54), Mus musculus (mmRCK) und Homo sa-piens (hRCK/p54) findet man Proteine, die zu Dhh1p eine sehr hohe Konservierung von bis zu 83 % aufweisen. Lediglich der N- und C-Terminus dieser Proteingruppe ist nicht konserviert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung der Deletion von DHH1 in Saccharomyces cerevisiae auf verschiedene Aspekte der DNA Schädigung und Reparatur, sowie die Funktio-nalität verschiedener Domänen von Dhh1p durch Mutationsanalysen untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde das DHH1 Gen in verschiedenen Hefestämmen deletiert und die Auswirkungen von DNA schädigenden Substanzen auf diese Mutanten untersucht. Die De-letion von DHH1 führte zu einer starken Erhöhung der Sensitivität von Hefezellen sowohl ge-genüber Bleomycin als auch gegenüber MMS. Allerdings zeigten dhh1D-Zellen nur eine schwache Sensitivität gegenüber UV-Strahlung und keine Sensitivität gegenüber g-Strahlung. Dies weist sehr stark darauf hin, dass die beobachteten Sensitivitäten auf einem eventuell durch Membrandefekte verursachten, sogenannten „uptake“-Phänotyp beruhen. In „uptake“ unabhängigen Experimenten wurde die Funktionalität des Non-homologous End-joining Repa-raturweges der Hefe untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass dhh1D-Stämme eine um den Faktor fünf reduzierte Effizienz in der Rezirkularisierung linearisierter Plasmide zeigen. Allerdings ist nur die Effizienz, nicht die Genauigkeit des End-joining in dhh1D-Stämmen be-troffen – die rezirkularisierten Plasmide wurden zu 100 % genau repariert. Dies weist darauf hin, dass die Deletion sich auf mehr als nur einen einzelnen Aspekt zellulä-rer Vorgänge auswirkt. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die extreme Sensitivität der dhh1D-Stämme gegenüber Ble-omycin und MMS als Testsystem für die funktionelle Charakterisierung verschiedener Dhh1p Domänen verwendet. Dabei zeigte sich, dass eine Deletion des N-Terminus von Dhh1p kaum Einfluss auf die Funktionalität des Proteins hat. Die Deletion des C-Terminus führt zu einer deutlichen Sensitivität der Zellen gegenüber Bleomycin. Bei Deletion beider Termini wachsen die Zellen auf Bleomycin nur noch geringfügig besser als der dhh1D-Stamm. Diese Effekte werden durch Überexpression der verkürzten Proteine aufgehoben. Keine der drei Verkürzun-gen hat Einfluss auf das Wachstum auf MMS-haltigen Platten. Die Mutation der ATPase Domäne (Walker A Motiv) hebt die Funktion des Proteins fast voll-ständig auf. Diese Mutanten sind nahezu so sensitiv gegenüber Bleomycin, wie dhh1D Zellen. Die Überexpression der ATPase Mutante führt im Gegensatz zu den Verkürzungen zu keiner Verringerung der Sensitivität gegenüber Bleomycin. Die zusätzliche Entfernung der Termini in der ATPase Mutante führt nicht zu einer Erhöhung der Bleomycin-Sensitivität. Allerdings zeigt die Dreifachmutante deutlich schlechteres Wachstum auf MMS-haltigen Platten. Die Mutation des SAT-Motives in AAA führt ebenfalls zu einer deutlichen Bleomycin-Sensitivität. Der Phänotyp ist vergleichbar mit den Auswirkungen der Deletion des C-Terminus. Das ur-sprünglich als RNA Entwindemotiv charakterisierte SAT-Motiv wind mittlerweile eher als eine Art „Scharnier“ angesehen, das eine Bewegung der Domänen 1 und 2 im Dhh1 Protein relativ zueinander ermöglicht. Die Auswirkung der Mutation des SAT-Motivs in AAA im Vergleich zu den Verkürzungen und den ATPase Mutanten weist auf eine eher strukturelle Rolle des SAT-Motives in Dhh1p hin. Aus diesen Daten ließ sich ein vorläufiges Modell über die Funktionsweise des Dhh1 Proteins ableiten. In in vitro Experimenten wurde mit dem IMPACT-System aufgereinigtes Dhh1 Protein auf seine Fähigkeit hin untersucht, DNA und RNA zu entwinden. Für die verwendeten Substrate konnte keine in vitro Helikase Aktivität festgestellt werden. Zur Analyse der ATPase Aktivität wurde IMPACT-gereinigtes Dhh1p und durch Immunopräzipitation aus Heferohextrakten ge-wonnenes Protein eingesetzt. In beiden Fällen konnte keine ATP Hydrolyse beobachtet wer-den, obwohl die Mutationsanalyse eindeutig darauf hinweist, dass die ATPase Aktivität essen-tiell für die Funktion des Dhh1 Proteins ist.

Konventionelle Kinesine sind Mikrotubuli assoziierte Motorproteine. Sie benutzen die Energie der ATP-Hydrolyse, um gerichtete Bewegungen entlang des Zytoskeletts zu ermöglichen. Tierische konventionelle Kinesine sind aus zwei schweren Ketten und zwei leichte Ketten aufgebaut. Die niederen Organismen, wie Pilze, besitzen dagegen nur die zwei schweren Ketten. Das konventionelle Kinesin des roten Brotschimmels Neurospora crassa (NcKin) bewegt sich wie auch andere Pilzkinesine in vitro im mikroskopischen Gleittest mit Geschwindigkeiten, die etwa drei- bis fünffach höher sind (zwischen 2,0 und 2,6 µm/s), als die der tierischen Kinesine (zwischen 0,2 und 0,8 µm/s). Trotz der hohen Sequenzähnlichkeit von Tier- und Pilzkinesinen, sind spezifische Unterschiede festgestellt worden, vor allem im Halsbereich. Weil es bisher keine zufrieden stellende Erklärung der schnellen Gleitgeschwindigkeit von NcKin gibt, liegt es nahe, in diesen pilzspezifischen Sequenzbereichen die Grundlage hierfür zu vermuten. In dieser Dissertation wurde daher untersucht, welchen Einfluss die einzelnen Kinesin-Domänen auf die Motilität und den ATP-Umsatz haben. Zu diesem Zweck wurden (i) bakterielle Expressionsvektoren hergestellt, die für C-terminal verkürzte Kinesinkonstrukte kodieren. Hierbei wurden zunächst rekombinante Motoren hergestellt, die an den Domänengrenzen endeten, wie sie durch kristallografische Modelle und Sekundärstrukturvorhersagen abgeleitet worden waren. Aufgrund der Ergebnisse an diesen Proteinen wurden weitere C-terminal verkürzte Kinesine konstruiert, die eine genauere funktionelle Kartierung der Scharnierdomäne zum Ziel hatten. Mit diesen Konstrukten wurden kinetische Studien durchgeführt, um ein Gesamtbild von deren ATPase-Aktivität und Prozessivität zu bekommen. Da ähnliche Studien an dem homologen Drosophila Kinesin durchgeführt worden waren, war ein direkter Vergleich zu diesen Vertretern der Tierkinesine möglich. (ii) Um den Beitrag der einzelnen Domänen zur hohen Geschwindigkeit von NcKin zu ermitteln, wurden in einem zweiten Teil der vorliegenden Arbeit gezielt NcKin Domänen in die entsprechenden Bereiche des humanen Kinesins eingeführt, und die entstandenen Chimären auf einen Geschwindigkeitszuwachs getestet.

Das σ54-abhängige Regulatorprotein FhlA aktiviert die Transkription der für die Bildung eines funktionellen Formiat-Hydrogen-Lyase-Komplexes nötigen Gene. Hierfür weist es eine Reihe von Aktivitäten auf, nämlich ATP-Hydrolyse, Interaktion mit Eσ54 und Stimulierung der Transkription. Die Aktivität von FhlA wird durch Bindung von Formiat und von spezifischen DNA-Sequenzen (UAS) stimuliert und durch HycA negativ beeinflußt. Sequenzähnlichkeiten von FhlA zu anderen Transkriptionsaktivatoren lassen auf einen Aufbau aus drei Domänen schließen. Die in der vorliegenden Arbeit erfolgte Struktur- Funktions-Analyse lieferte wichtige Ergebnisse über die Domänenstruktur und den Wirkungsmechanismus von FhlA. In vivo- und in vitro-Analysen der C-terminalen Hälfte von FhlA (FhlA-C, Aminosäuren 379 bis 693 von FhlA), welche die Domänen B, C und D von FhlA umfaßt, zeigten, daß dieser Teil von FhlA sämtliche für die Transkriptionsaktivierung und ATP-Hydrolyse benötigten Bereiche enthält. Beide Aktivitäten von FhlA-C sind konstitutiv, bedürfen also nicht mehr der Aktivierung durch Formiat-Bindung. Durch die Bindung von DNA konnte die Aktivität von FhlA-C jedoch gesteigert werden, wobei bei spezifischer DNA ein stärkerer Effekt als bei unspezifischer zu beobachten war. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell abgeleitet, in welchem die N-terminale Domäne von FhlA im nicht-induzierten Zustand einen hemmenden Einfluß auf die Aktivität des restlichen Proteins hat. Formiat-Bindung an die N-terminale Domäne hebt diese Hemmung auf und bewirkt eine Steigerung der Aktivität von FhlA durch Erhöhung der Affinität für ATP. Auch die HycA-Suszeptibilität konnte der N-terminalen Domäne zugeordnet werden. Darüberhinaus besitzt die N-terminale Domäne eine strukturelle Funktion, da sie für die Oligomerisierung von FhlA verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, daß die Bindung von ATP an FhlA eine Änderung der Konformation oder des Oligomerisierungszustandes des Proteins zur Folge hat. Eine Studie zur Verbreitung des FhlA-Regulationssystems ergab, daß in mehreren Spezies der Familie Enterobacteriaceae sowohl ein zu FhlA orthologes Protein als auch Homologe zu hyc- oder hyp-Genen existieren. Die Sequenz von fhlA aus S. typhimurium, E. aerogenes und K. oxytoca wurde bestimmt. Sie zeigt über die gesamte Länge große Ähnlichkeit zu FhlA von E. coli, wobei der Grad der Identität der Gene und Proteine den phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnissen entspricht. Die FhlA-Orthologe aus E. aerogenes und K. oxytoca können FhlA aus E. coli funktionell ersetzen und zeigen auch in ihrer Aktivität hinsichtlich der Stimulierbarkeit durch Formiat und Anaerobiose große Übereinstimmung. Desweiteren beeinflußt auch HycA von E. coli die Aktivität der orthologen Proteine, was wiederum die nahe Verwandtschaft der Regulationssysteme zeigt. Im Hauptteil dieser Arbeit konnte der Beweis erbracht werden, daß das HydH/G-Zwei- Komponenten-System die Expression von zraP aktiviert, einem stromaufwärts von hydH gelegenen, in divergierender Richtung orientierten Gen. Für gereinigtes HydG wurde durch Gelretardationsexperimente und DNase I Footprinting-Analyse eine Bindestelle identifiziert, die im intergenen Bereich zwischen hydHG und zraP liegt. Diese 55 bp lange Region umfaßt zwei jeweils 17 bp lange Bereiche mit der Sequenz GAGTAAAAATGACTCGC, die als inverted repeat angeordnet sind. Diese Bindestelle wirkt als UAS in beide Richtungen. Als auslösender Stimulus für die Expressionsaktivierung von zraP durch HydH/G konnte eine Zn2+-Konzentration im Medium von mehr als 0,5 mM identifiziert werden. Pb2+ war zu einem gewissen Grad in der Lage, Zn2+ in der Funktion als Induktor zu ersetzen, jedoch erfolgte keine Aktivierung durch Ni2+, Co2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Cu2+, Cd2+ oder Hg2+. Gleichzeitig ist HydH/G einer positiven Autoregulation unterworfen, die durch die gleichen Metalle induziert wird. Sowohl für die durch HydH/G induzierte Expression von zraP als auch von hydHG konnte eine Abhängigkeit von σ54 gezeigt werden. Der Einfluß von HydH/G auf die Regulation der Gene für die Hydrogenase 3 tritt entgegen früherer Postulate nur bei Überproduktion des Regulators auf und ist auf "cross-talk" zurückzuführen. Zweidimensionale Gelelektrophorese erbrachte Hinweise auf weitere durch HydG in ihrer zellulären Konzentration beeinflußte Proteine. Obwohl zraP im Zusammenhang mit Zink- Toleranz identifiziert worden war, zeigten die Ergebnisse keinen Einfluß von HydH/G oder ZraP auf die Zink-Toleranz der Zellen.