TY  - GEN
KW  - Fluorescence Recovery After Photobleaching 
KW  -  Adaptation 
KW  -  RezeptorkopplungEscherichia coli 
KW  -  chemotaxis 
KW  -  fluorescence recovery after photobleaching
KW  -  adaptation 
KW  -  receptor-coupling
UR  - https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/10489/
N2  - Die Chemotaxis erlaubt es Bakterien, schnell optimale Wachstumsbedingungen zu finden. Die Wahrnehmung taktischer Reize erfolgt mithilfe eines hoch konservierten Signaltransduktionswegs, der zu den für Prokaryoten typischen Zwei-Komponenten-Systemen zählt. Am besten untersucht ist das Chemotaxissystem von Escherichia coli, welches den Zellen ermöglicht, sich gezielt auf Lockstoffe zu und von Schreckstoffen weg zu bewegen. Effektoren werden von Transmembranrezeptoren erkannt, die in polaren und lateralen Clustern organisiert sind. Der Clusterkern besteht aus Rezeptoren, der Histidinkinase CheA und dem Adapterprotein CheW. Alle anderen Chemotaxisproteine wie der primäre Responseregulator CheY und seine Phosphatase CheZ sowie die Adaptationsproteine CheR und CheB lokalisieren entweder an Rezeptoren oder an CheA. Trotz minimaler Komplexität ist dieses System zu einer erstaunlichen Leistung fähig, die trotz intensiver Forschung in den letzten Jahrzehnten nicht detailliert erklärt werden kann. Dabei fehlt es unter anderem an Daten, die die Dynamik der beteiligten Komponenten beschreiben. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit war daher die systematische Analyse der intrazellulären Mobilität aller Chemotaxisproteine am Rezeptorcluster in vivo durch FRAP (Fluorescence Recovery After Photobleaching). Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Rezeptoren sehr stabil in die Cluster eingebunden sind und zusammen mit CheA und CheW ein Grundgerüst bilden, an das die anderen Chemotaxisproteine mit geringerer Affinität binden, wobei sich die Stärke der Assoziation nach der jeweiligen Proteinfunktion richtet. Außerdem konnte beobachtet werden, dass aktive Cluster stabiler sind. Die Temperatur dagegen scheint keinen Einfluss auf die Clusterstabilität zu haben und auch eine Wanderung bivalenter Proteine innerhalb des Chemotaxisclusters wurde nicht beobachtet. Eine Voraussetzung für das Funktionieren der Chemotaxis ist die Adaptation, welche es der Zelle ermöglicht, auf Änderungen der Effektorkonzentration zu reagieren. Die Adaptation erfolgt in E. coli auf Rezeptorebene mithilfe der beiden Proteine CheR und CheB, die die Aktivität der Rezeptoren durch kovaltente Modifikation regulieren. Während die Methyltransferase CheR konstitutiv aktiv ist, ist die Aktivität der Methylesterase CheB über einen negativen Feedback-Mechanismus an die Histidinkinase gekoppelt. Die langjährige Annahme, dies reiche für die Adaptation aus, konnte in dieser Arbeit widerlegt werden, und die eigentliche Funktion der CheB-Phosphorylierung wurde untersucht. Die hier durchgeführten Experimente zeigen zum einen, dass die Bindung von CheB an das Chemotaxiscluster durch Aktivierung stabilisiert wird. Zum anderen zeigen sie, dass die Phosphorylierung von CheB eine Robustheit gegenüber zellulären Schwankungen der Chemotaxisproteine vermittelt.  Die Untersuchung von Methylierungsreaktionen an Rezeptoren ergab, dass sich durch Clusterbildung die Geschwindigkeit der Modifikation um 40% beschleunigt. In heterogenen Rezeptorclustern, bestehend aus beiden Hauptrezeptoren, konnte eine Kreuzmethylierung des Aspartat-Rezeptors Tar infolge der Stimulation mit Serin, aber keine Methylierung des Serin-Rezeptors Tsr bei Stimulation mit ?-Methylaspartat, festgestellt werden. Dies deutet auf eine schwache Rezeptorkopplung innerhalb eines Clusters hin, bei der vorwiegend ligandengebundene, aktive Rezeptoren durch CheR methyliert werden. Somit konnte in dieser Arbeit die Theorie eines alternativen Adaptationsmodells untermauert werden, in dem Methylierungs- und Demethylierungsreaktionen auf der Aktivität der Rezeptoren beruhen. Zusätzlich könnten die oben erwähnten aktivitätsabhängigen Proteinaustausche bei der Adaptation eine Rolle spielen. In dieser Studie wurde offenbar, dass dynamische Wechselwirkungen an Rezeptorclustern eine bisher kaum beachtete Ebene der Regulation in der Chemotaxis von E. coli darstellen. 
AV  - public
A1  - Schulmeister, Sonja Elke
ID  - heidok10489
Y1  - 2010///
TI  - Rezeptormethylierung und Stabilität von Chemotaxisclustern in Escherichia coli
ER  -