Die Rolle von Mre- Proteinen und Teichonsäuren bei der morphologischen Differenzierung von Streptomyces coelicolor A3(2)

Abstract

Das mre- Gencluster ist bei vielen stäbchenförmigen Bakterien für das laterale Längenwachstum und die Ausbildung der Zellgestalt verantwortlich. Obwohl die filamentös wachsenden Streptomyceten ein von DivIVA abhängiges apikales Spitzenwachstum zeigen, besitzen sie auch ein mre- Gencluster bestehend aus mreB, mreC, mreD, PBP2 und sfr (rodA). Geninaktivierungsexperimente haben gezeigt, dass Streptomyces coelicolor A3(2) die mre- Gene während der morphologischen Differenzierung für die Ausbildung einer stressresistenten Sporenwand benötigt. Um mehr über die Funktion der Mre- Proteine bei der Sporenwandsynthese herauszufinden, wurden Bacterial Two Hybrid (BTH) Untersuchungen durchgeführt. Hierbei zeigte sich ein ähnliches Interaktionsmuster, wie es für den lateralen Zellwandsynthesekomplex stäbchenförmiger Bakterien beschrieben ist. Es wurde eine S. coelicolor- Genbank angelegt und gescreent; dabei konnten bisher unbekannte Interaktionspartner der Mre- Proteine identifiziert werden. Darunter befanden sich ein vom dcw- Gencluster kodiertes, für Actinomyceten spezifisches Membranprotein unbekannter Funktion (SCO2097), eine Serin / Threoninkinase vom Eukaryontentyp (SCO4778) sowie zwei möglicherweise an der Teichonsäurebiosynthese beteiligte Proteine (SCO2578, SCO2584). Geninaktivierungsexperimente führten zu den Mutanten delta2097 und EMK2584; diese waren den mre- Mutanten sehr ähnlich und produzierten morphologisch auffällige Sporen. Dies bestätigte die Beteiligung der mit der Genbank identifizierten Interaktionspartner an der Sporulation. Des Weiteren wurde die auf Grund der Proteininteraktionen vermutete Verknüpfung von Sporenwand- und Teichonsäuresynthese näher untersucht. Dafür wurde das S. coelicolor Genom nach möglichen Teichonsäurebiosynthesegenen durchsucht. Es wurden zwei Gencluster identifiziert, welche unter anderem für acht Glycosyl / Glycerophosphotransferasen kodieren. Eine Deletionsmutante der tagF homologen Glycerophosphotransferase SCO2997 wurde konstruiert. Die Mutante war in ihrem vegetativen Wachstum nicht beeinträchtigt. Ihre Sporen jedoch besaßen eine unregelmäßige Form mit einer signifikant vom Wildtyp M145 unterschiedlichen Längenverteilung. Außerdem waren die Sporen empfindlicher gegenüber Hitze, Lysozym und Vancomycin. Dies lässt auf eine defekte Sporenwand schließen. Die Ergebnisse der BTH- Experimente ergaben ein komplexes Netzwerk von Interaktionen zwischen den Mre- Proteinen, Penicillinbindeproteinen, morphogenen Proteinen sowie an der Teichonsäuresynthese beteiligten Proteinen. Funktionelle Beziehungen wurden durch die Phänotypen der Deletionsmutanten unterstützt und führten zum Modell des Streptomyces Spore wall Synthesizing Complex (SSSC). Der SSSC ist sowohl an der Peptidoglykan- als auch an der Teichonsäuresynthese der Sporenwand beteiligt.

The mre- gene cluster is involved in the lateral elongation growth and cell shape of numerous rod shaped bacteria. Although the filamentous growing Streptomycetes grow by apical tip extension located by DivIVA they also own an mre gene cluster, consisting of mreB, mreC, mreD, PBP2 and sfr (rodA). Deletion mutants showed that Streptomyces coelicolor needs the mre genes for morphological differentiation and the synthesis of a thickened spore wall. Bacterial Two Hybrid studies showed a similiar interaction pattern of the Mre- Proteins as had been shown for rod shaped bacteria. By screening a genomic library futher interaction partners of this complex were identified. This led to the model of the Streptomyces Spore wall Synthesizing Complex (SSSC). Two of these proteins belong to a putative teichoic acid synthesizing gene cluster. In order to find out more about the connection between peptidoglykan and teichoic acid synthesis deletion mutants (SCO2584 and SCO2997) were constructed and characterized. They showed a similar phenotype resembling the mre mutants. This confirms a role of the SSSC in peptidoglykan and in teichoic acid synthesis.