Defining the inner membrane proteome of Pseudomonas aeruginosa with particular focus on small proteins
P. aeruginosa is a facultatively anaerobically living bacterium using oxygen or N oxides as terminal electron acceptors. Previous studies used this bacterium to define the anaerobic respiration complex and surprisingly, interactions and dynamics of proteins that are involved in the electron transport chain under aerobic and anaerobic conditions are little understood and were focused on in the recent ten years. Thus, proteogenomic analyses contributed greatly to the understanding of protein complex formation and assembly. However, proteins smaller than 101 aa (SP100) were neglected so far.
In this work, inner membrane associated proteins from cells shifted from aerobic to anaerobic and back to aerobic conditions were analyzed using two complementary approaches followed by LC-MS/MS analyses to get insight in the dynamics of proteins that are known and predicted to be involved in respiration. Moreover, for the identification of SP100, two different databases were developed covering intergenic regions and all possible six reading frames, respectively.
This way, 76 of 91 proteins known to be involved in aerobic and anaerobic respiration of P. aeruginosa were identified. Furthermore, changes in the composition of the terminal oxidases comprising complex IV of the respiratory chain were observed. Here, the cbb3 oxidases Cco1 and Cco2 diminished under denitrifying conditions and the aa3 and bo3 oxidases Cox and Cyo were present. Furthermore, shifting back to aerobic conditions resulted in an increase of different cbb3 oxidase subunits than before. These findings supported the modular setup of the cbb3 oxidases in P. aeruginosa.
Additionally, 69 SP100 were identified of which the four proteins namely PA0522, PA0526, PA1052a and PA2453 displayed similar expression profiles to proteins involved in anaerobic respiration and thus might be associated with respiratory complexes. Among the 69 SP100 were 14 that were not present in the current annotation of P. aeruginosa. Here, transcriptional analyses for three SP100 were performed. Overall, one might be involved in the LPS synthesis of P. aeruginosa, one showed involvement in cobalt transport and one displayed strong evidence for a regulatory protein involved in expression of type 4 fimbriae.
P. aeruginosa ist ein fakultativ anaerobes Bakterium, das Sauerstoff oder N-Oxide als terminale Elektronenakzeptoren verwendet. Die Wechselwirkungen und die Dynamik der Proteine, die an der Elektronentransportkette unter aeroben und anaeroben Bedingungen beteiligt sind, sind bisher wenig verstanden und wurden in den letzten zehn Jahren schwerpunktmäßig untersucht. Durchgeführte proteogenomische Analysen trugen wesentlich zum Verständnis von Proteinkomplexen bei, wobei jedoch Proteine mit weniger als 101 aa (SP100) bisher vernachlässigt wurden. In dieser Arbeit wurden periphere und integrale Proteine der inneren Membran aus Zellen, die unter verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen kultiviert wurden, mit zwei komplementären Ansätzen präpariert und massenspektrometrisch analysiert. Des Weiteren wurden Datenbanken erstellt, um bisher nicht annotierte kleine Proteine vorherzusagen und zu identifizieren. Mittels des Pepper Algorithmus wurden offene Leserahmen für die identifizierten, nicht annotierten SP100 ermittelt und charakterisiert. Insgesamt wurden 76 Proteine identifiziert, die an der aeroben und anaeroben Atmung von P. aeruginosa beteiligt sind. Unter anaeroben Bedingungen war eine Zunahme der Menge der denitrifizierenden Proteine zu beobachten. Darüber hinaus wurden Veränderungen in der Zusammensetzung der terminalen Oxidasen, die zum Komplex IV der Atmungskette gehören, beobachtet. Hier nahmen die cbb3-Oxidasen Cco1 und Cco2 unter anaeroben, denitrifizierenden Bedingungen ab, gleichzeitig wurde eine deutliche Zunahme der aa3- und bo3-Oxidasen Cox und Cyo unter diesen Bedingungen beobachtet. Ein Wechsel zu aeroben Bedingungen führte zu einem Anstieg von cbb3-Oxidase Untereinheiten, welche unter anaeroben Bedingungen wenig abundant waren. Diese Beobachtungen weisen auf einen modularen Aufbau der cbb3-Oxidasen in P. aeruginosa hin. Darüber hinaus wurden 69 SP100 identifiziert, von denen die vier Proteine PA0522, PA0526, PA1052a und PA2453 ähnliche Expressionsprofile wie Proteine aufweisen, die an der anaeroben Atmung beteiligt sind. Das lässt die Vermutung zu, dass die Aktivität dieser Proteine in Verbindung zur Atmungskette steht. Unter den 69 SP100 waren 14, die in der aktuellen Annotation des Genoms von P. aeruginosa nicht berücksichtigt wurden. Erste Analysen der Proteine 6frt_14524, igr2243 und 6frt_26594 geben erste Hinweise auf eine Beteiligung an der LPS Synthese, am Kobalttransport bzw. an der Regulation der Typ 4 Fimbrien in P. aeruginosa.
Preview
Cite
Access Statistic
Rights
Use and reproduction:
All rights reserved