Unraveling the protein machinery and protein-interaction dynamics essential for vesicle formation in Pseudomonas aeruginosa
The existence of LemA family proteins was first suggested during research on magnetosome formation in magnetotactic bacteria. Magnetosome biogenesis involves the formation of a magnetosome membrane derived from the bacterial plasma membrane. The magnetosome membrane-integrated protein MamQ was found essential for magnetosome formation. Next, MamQ homologous proteins were found in many other bacteria which do not form magnetosome. They constitute the LemA protein family. P. aeruginosa has two distinct LemA proteins encoded by the PA14_56810 and PA14_06690 genes. Prior studies showed that an overproduction of LemA proteins in E. coli resulted in the generation of intracellular or extracellular membrane vesicles. This dissertation investigates the biogenesis of extracellular and intracellular vesicles in P. aeruginosa and focuses on the potential role of yet uncharacterized LemA1 and LemA2 proteins in vesicle formation. This study found that the absence or overproduction of these proteins did not affect cell proliferation, swimming or swarming motility, or the morphology of extracellular vesicles (EVs) in P. aeruginosa PA14. However, overexpression of lemA1 and lemA2 correlated with an increase in the size and amount of produced EVs. The trigger compounds for lemA1 and lemA2 transcription could not be determined with certainty. An interactomic study revealed a possible interaction between the LemA1 and LemA2 proteins and key proteins of the cell division apparatus like ZapG, CpoB, PBPs MinE and PspA. It is postulated that LemA1 and/or LemA2 may be partially highjacking some constituents of the divisome machinery to other parts of the cell to locally reshape the lipid membrane of the cell to realize membrane vesicle formation and constriction. The results of this study provide important insights into the mechanisms of EV formation in P. aeruginosa and may have implications for future research on bacterial pathogenesis and understanding the role of extracellular vesicles in bacterial communication. The findings also suggest potential targets for future research aimed at developing new strategies for controlling bacterial infections.
Die Existenz der LemA-Proteinfamilie wurde erstmals während der Forschung zur Magnetosomenbildung in magnetotaktischen Bakterien vermutet. Bei der Magnetosomenbiogenese handelt es sich um die Bildung einer Magnetosomenmembran, die aus der bakteriellen Plasmamembran stammt. Es wurde festgestellt, dass das in die Magnetosomenmembran integrierte Protein MamQ für die Magnetosomenbildung essentiell ist. Darüber hinaus wurden MamQ-homologe Proteine in vielen anderen Bakterien gefunden, die keine Magnetosomen bilden. Sie bilden die LemA-Proteinfamilie. P. aeruginosa verfügt über zwei unterschiedliche LemA-Proteine, die von den Genen PA14_56810 und PA14_06690 kodiert werden. Frühere Studien zeigten, dass eine Überproduktion von LemA-Proteinen in E. coli zur Bildung intrazellulärer oder extrazellulärer Membranvesikel führte. Diese Dissertation untersucht die Biogenese extrazellulärer und intrazellulärer Vesikel in P. aeruginosa und konzentriert sich auf die mögliche Rolle der noch nicht charakterisierten LemA1- und LemA2-Proteine bei der Vesikelbildung. Diese Studie ergab, dass das Fehlen oder die Überproduktion dieser Proteine keinen Einfluss auf die Zellproliferation, die Schwimm- oder Schwarmmotilität oder die Morphologie extrazellulärer Vesikel (EVs) in P. aeruginosa PA14 hatte. Allerdings korrelierte die Überexpression von lemA1 und lemA2 mit einem Anstieg der Größe und Menge der produzierten EVs. Die Transkriptions-Stimulanzien von lemA1 und lemA2 konnten nicht mit Sicherheit bestimmt werden. Eine Interaktomstudie ergab eine mögliche Wechselwirkung zwischen LemA1 und LemA2 und den Schlüsselproteinen des Zellteilungsapparats wie bspw. ZapG, CpoB, PBPs MinE und PspA. Es wird postuliert, dass LemA1 und/oder LemA2 möglicherweise einige Bestandteile der Divisom-Maschinerie teilweise nutzen, um sie an andere Teile der Zelle umzuleiten, um dort lokal die Lipidmembran der Zelle umzugestalten und somit die Bildung und Abschnürung von Membranvesikeln zu ermöglichen. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wichtige Einblicke in die Mechanismen der EV-Bildung in P. aeruginosa und könnten Auswirkungen auf die zukünftige Forschung zur bakteriellen Pathogenese und das Verständnis der Rolle extrazellulärer Vesikel bei der bakteriellen Kommunikation haben. Die Ergebnisse deuten auch auf potenzielle Ziele für zukünftige Forschungen hin, die auf die Entwicklung neuer Strategien zur Bekämpfung bakterieller Infektionen abzielen.
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