京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13561号 / 論医博第2290号 / 新制||医||1067(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 武藤 学, 教授 今中 雄一, 教授 村川 泰裕 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) are extensive contributors to foodborne illness, causing renal and central nervous system damage due to production of Shiga toxin (Stx). Rapid Stx detection is important to distinguish STEC from other enteric pathogens. Current detection techniques are time consuming, expensive, and lack sensitivity. We have developed and evaluated a novel targeted mass spectrometry-based assay for detection of Stx using parallel reaction monitoring (PRM). The PRM assay used 11 target tryptic peptides and was validated using STEC and non-STEC bacterial cultures. Stx was detected in 56 of 62 STEC isolates and did not detect Stx in any of the 29 non-STEC isolates. The PRM assay successfully determined the Stx2 subtype in 32 of 46 Stx2-positive isolates. By applying a targeted proteomics assay, we were able to simultaneously detect Stx toxins 1 and 2 and subtype Stx2 into six toxin subgroups in Stx2-positive isolates. / February 2017

Die Aktivierung des NF-kB Vorläuferproteins p100 und p105 erfolgt durch eine proteasomale Trunkierung, um die aktiven p52 und p50 zu erzeugen. Zur Erforschung wurde eine Massenspektrometrie-basierende Proteomik-Strategie entwickelt, die mit der gezielten Reaktionsüberwachungstechnik plus einer Isotopenmarkierung verwendet wurde. In einem endogenen murinen embryonalen Fibroblasten-System konnte gezeigt werden, dass beide Vorläufer zu den jeweiligen Produkten in einer parallelen und sich einander bedingenden Weise in Reaktion auf einen Lymphotoxin-β-Rezeptor-Agonisten verarbeitet werden. Unsere SRM-SILAC- Methode erlaubte die Unterscheidung von Prä-Stimulationsprotein-Populationen aus Proteinen, die de novo nach der Stimulation synthetisiert wurden, und zeigte eine Tendenz für ältere Vorläufermoleküle, sich einer Degradation zu unterziehen, während die de novo-Moleküle auf die Produkte verarbeitet wurden. Die langsame und anhaltende Kinetik, die ein typisches Merkmal des nicht-kanonischen NF-κB- Weges ist. Darüber hinaus, konnten wir beobachten, dass die hydrolytische Aktivität der AAA ATPase VCP / p97 in der Bildung von de novo p52 und p50 eine Rolle spielt. Durch ein MS-basiertes Screening für strahlungsinduzierte Protein-Interaktoren eines weiteren NF-κB-Players, der die regulatorische Untereinheit des IKK-Komplexes IKKγ / NEMO bildet, konnte der Enhancer von mRNA Decapping 4 (EDC4) entdeckt werden. Durch die zusätzliche Untersuchung der E3-Ligase, Parkin, konnte eine Verbindung mit dem NF-κB-Weg durch eine lineare Ubiquitinierung hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass Parkin ist Hauptkomponenten des linearen Ubiquitin-Ketten-Assemblierungskomplexes (LUBAC). Die Proteomanalyse im Proteinkinase A (PKA) -Signalisierungsweg konnte zwei neuartige Regulationsformen identifizieren: K63-verknüpfte Polyubiquitinierung die katalytische Untereinheit von PKA, PKAC in Richtung eines lysosomalen pathways führt, und auch durch einen Pseudosubstrat-Hemmungsmechanismus. / Activation of the NF-κB precursor protein p100 and p105 by a specific proteasomal truncation to yield the active products p52 and p50 is a distinct feature of the non- canonical pathway but the mechanism governing it remains elusive. A novel mass spectrometry-based proteomics strategy was developed, using the targeted selected reaction monitoring technique in conjunction with stable isotope labeling for both absolute quantitation of proteins and to mark precursor protein populations relative to the application of the lymphotoxin β stimulation. In an endogenous murine embryonic fibroblast system, we have shown that both precursors are processed to the respective products in a parallel and interdependent manner in response to a lymphotoxin β receptor agonist. Our Dynamic SRM-SILAC method allowed distinction of pre-stimulation protein populations from proteins synthesized de novo post- stimulation, and revealed a tendency for older precursor molecules to undergo degradation while the de novo molecules went on to be processed to the products, accounting for the slow and persistent kinetics that are a hallmark of the non- canonical NF-κB pathway. In addition, the hydrolytic activity of the AAA ATPase VCP/p97 was implicated in the generation of de novo p52 and p50. An MS-based proteomics screen for specific, radiation-induced protein interactors of another key NF-κB player, the regulatory subunit of the IKK complex, IKKγ/NEMO, turned up the Enhancer of mRNA Decapping 4 (EDC4). This unexpected finding has expanded the known role of NF-κB regulation of protein levels beyond transcription into mRNA stability. Separate investigations into the ubiquitin E3 ligase, parkin, connected it to the NF-κB pathway through a linear ubiquitination it helps catalyze on IKKγ/NEMO. Proteomic analysis of polyubiquitin in the protein kinase A (PKA) signalling pathway helped to identify two novel modes of regulation: a lysosomal degradation pathway; as well as a pseudosubstrate inhibition mechanism.

Tato práce je zaměřena jak na cílený tak na přehledný přístup ve studiu proteomiky. Cílená proteomika přináší informace o přítomnosti proteinu a jeho lokalizaci v buňce či tkáni pomocí luminiscenčních značek na bázi kvantových teček, zatímco přehledná proteomika se zabývá identifikací změn v proteomu dvou nebo více jedinců stejného druhu vystavených různým podmínkám. Protože proteomika vyžaduje vysoce citlivé separační a identifikační techniky, byly v této práci ověřeny různé metody zlepšení citlivosti kapilární elektroforézy s hmotnostní detekcí. Použití rozhraní s kapalinovým spojem pro spojení těchto dvou technik, které zajišťuje vyšší citlivost analýz, bylo také ověřeno analýzou metabolitů etanolu a kokainu v lidské moči. Zavedené techniky instrumentace jsou využitelné při posouzení vlivu významných faktorů životního prostředí na živé systémy jak na buněčné tak na molekulární úrovni.

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