Proteomische Untersuchungen zur Anpassung an oxidativen Stress und zu Membranvesikeln von Dinoroseobacter shibae

Diwo, Nicole

doi:10.24355/dbbs.084-202412120754-0

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Proteomische Untersuchungen zur Anpassung an oxidativen Stress und zu Membranvesikeln von Dinoroseobacter shibae

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Die Adaptationsstrategien an Peroxid-, Disulfid- und Superoxidstress sowie die regulatorischen Mechanismen wurden im marinen Bakterium D. shibae mittels molekularer und massenspektrometrischer Methoden untersucht. Oxidativer Stress wirkt sich negativ auf das Wachstum des Wildtypstammes D. shibae DFL12T während der exponentiellen Wachstumsphase. Die Analyse des cytoplasmatischen Proteoms des D. shibae Wildtypstammes DFL12T unter Peroxid-, Disulfid- und Superoxidstress zeigte eine signifikante Veränderung von Proteinen des Eisenmetabolismus, des Energie- und Kohlenstoffmetabolismus, der Proteinreparatur und -degradation, der DNS-Replikation, der DNA-Rekombination und DNA-Reparatur, des Porphyrinstoffwechels und der zugehörigen Signalwege und von Stressproteinen. Stressproteine wie GSTs (Dshi_3308, Dshi_1302), Prx (Dshi_2522) und Trx (Dshi_3285) spielen eine wichtige Rolle bei der Adaptation an oxidativem Stress in D. shibae. Interessanterweise wurden unter diesen Stressbedingungen die Mengen der Proteine der Bacteriochlorophyll Synthese reduziert, während die Mengen der Proteine der Glyconeogenese und des KDPG-Weges akkumulieren. Unter Peroxidstress waren die Mengen der Eisenmetabolismusproteine IrpA (Dshi_0563), FhuA (Dshi_0570), HmuT (Dshi_0573), HmuS (Dshi_0574), Hemb2 (Dshi_1017) und SufE (Dshi_1069) erhöht, während der potenzielle Eisenregulator RirA (Dshi_1660) signifikant reprimiert war. Ein RirA-defizienter Stamm zeigte zudem ein signifikant besseres Wachstum unter Peroxidstress im Vergleich zum Wildtypstamm D. shibae DFL12T. RirA-abhängige Proteine wie GST (Dshi_0054, Dshi_0169, Dshi_2984), ClpB (Dshi_0617), Hsp20 (Dshi_2892), Trx (Dshi_1852, Dshi_3285) und putativen Hämintransportproteine wie HmuT (Dshi_0573), HmuV (Dshi_0571), Hemb2 (Dshi_1017), FhuA (Dshi_0570), die in der Mutante akkumulierten, könnten für dieses Phänomen verantwortlich sein.Des Weiteren konnten Abschnürungen (Vesikel) während der Zellteilung im D. shibae detektiert werden. Durch proteomische Analysen konnten diese Abschnürungen als Outer membrane vesicles (OMVs) identifiziert werden, welche hauptsächlich periplasmatische und extrazelluläre Proteine enthielten. Stark angereicherte Proteine in der löslichen Vesikel Fraktion waren unter anderem die zwei essenziellen Zellteilungsproteine ZapA (Dshi_1736) and FtsK (Dshi_0059). Damit wurde erstmals beobachtet, dass die Bildung von OMVs im Zusammenhang mit der Zellteilung erfolgt.

The adaptation strategies to peroxide, disulfide and superoxide stress as well as the regulatory mechanisms were investigated in the marine bacterium D. shibae using molecular and mass spectrometric methods. Oxidative stress has a negatively effect on the growth of D. shibae wild-type strain DFL12T in the exponential growth phase. Analysis of the cytoplasmic proteome of the wild-type strain D. shibae DFL12T under peroxide, disulfide and superoxide stress revealed significant changes in the amount of proteins involved in iron metabolism, energy and carbon metabolism, protein repair and degradation, DNA replication, DNA recombination and DNA repair, porphyrin metabolism and related signalling pathways, and stress proteins. Stress proteins such as GSTs (Dshi_3308, Dshi_1302), Prx (Dshi_2522) and Trx (Dshi_3285) play a primary role in adaptation to oxidative stress in D. shibae. Interestingly, under these stress conditions, the levels of bacteriochlorophyll synthesis proteins were reduced, while the levels of glyconeogenesis and the KDPG pathway proteins accumulate. Under peroxide stress, the levels of the iron metabolism proteins IrpA (Dshi_0563), FhuA (Dshi_0570), HmuT (Dshi_0573), HmuS (Dshi_0574), Hemb2 (Dshi_1017) and SufE (Dshi_1069) were increased, while the potential iron regulator RirA (Dshi_1660) was significantly repressed. A RirA-deficient strain also showed significantly better growth under peroxide stress compared to the wild-type strain D. shibae DFL12T. RirA-dependent proteins such as GST (Dshi_0054, Dshi_0169, Dshi_2984), ClpB (Dshi_0617), Hsp20 (Dshi_2892), Trx (Dshi_1852, Dshi_3285) and putative hemin transport proteins such as HmuT (Dshi_0573), HmuV (Dshi_0571), Hemb2 (Dshi_1017), FhuA (Dshi_0570), which accumulated in the mutant, could be responsible for this phenomenon.Furthermore, constrictions (vesicles) were detected during cell division in D. shibae. Proteomic analyses identified these constrictions as outer membrane vesicles (OMVs) in D. shibae, which mainly contained periplasmic and extracellular proteins. Highly enriched proteins in the soluble vesicle fraction include the two essential cell division proteins ZapA (Dshi_1736) and FtsK (Dshi_0059). This was the first observation that OMV formation is associated with cell division.