Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

University, Diss., 2004--Jena.

Zugl.: Giessen, University, Diss., 2007.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2007

University, Diss., 2007--Giessen.

Simkania negevensis (Sn) is a Chlamydia-like obligate intracellular bacterium which replicates within a membrane bound vacuole, termed SCV (Simkania-containing vacuole). The SCV is a unique compartment closely associated with ER-membranes, consequently ER-stress is blocked by the bacteria. SCV morphology is similar among epithelial cells (HeLa229, A549, HEp-2) and macrophages (THP1). The SCV represents the first intracellular interface between the host and pathogen which serves as a replication niche. Identifying human and bacterial factors associated with ER-SCV-membranes should contribute towards the understanding of SCV composition and formation as well as interactions with ER or transports. Comparative studies of the SCV should indicate similarities to the chlamydial inclusion since some host cell factors are already known for Chlamydia. In this thesis, a purification protocol has been established that is applicable to HeLa229 and THP1 ER-SCV-membranes and has been further utilized for proteome and lipidome analyses. 302 bacterial and 1178 human proteins composing ER-SCV-membranes and 885 bacterial proteins composing purified Sn have been identified by using label-free mass spectrometry measurements. Among the human factors of non or Sn infected ER-(SCV-) membranes we found 51 enriched or depleted proteins in addition to 57 transport associated ones that indicated infection induced differences among intracellular protein transport. Contrary regulation of retrograde and anterograde transported proteins could be confirmed by using RNA interference and inhibitor tests, whereby Clathrin-associated and COPI vesicles seem to play a central role. Application of Retro-inhibitors, which interfered with retrograde transport processes between endosome to Golgi or early to late endosomes, as well as Bafilomycin A1 (retrograde, late endosomes and lysosomes) and Brefeldin A (anterograde, ER and Golgi) exerted a strong influence on SCV formation, morphology and intracellular lipid transport. By using label-free mass spectrometry measurements and thin layer chromatography we could determine differences in lipid levels within Sn infected cells, ER-SCV-membranes and purified Sn in comparison to uninfected cells. In addition to lipid enrichment or depletion in whole-cell extracts and ER-SCV-membranes, we identified two infection-specific lipids, cholesterol-ß-Dglucoside and PE 30:0. Further, high-throughput RNA interference tests indicated a dependence of Sn infections on endosome to Golgi and Clathrin-associated vesicle transports. Taken together, we were able to identify initial potential SCV-associated proteins and lipids that were connected to bacterial infection. Furthermore, SCV formation and Sn infectiousness depends on retrograde transport processes and therefore also on acquisition of nutrients, such as lipids. / Simkania negevensis (Sn) repliziert als Chlamydia-ähnliches obligat intrazelluläres Bakterium auch in einer membranumschlossenen Vakuole, die als SCV (engl. Simkania-containing vacuole) bezeichnet wird. Die SCV ist ein bis jetzt einzigartiges Kompartiment, das stark mit ER-Membranen assoziiert ist, wobei ER-Stress von den Bakterien blockiert wird. Die Morphologie der SCV scheint dabei in Epithelzellen (HeLa229, A549, HEp-2) als auch in Makrophagen (THP1) gleich zu sein. Die SCV stellt die erste intrazelluläre Berührungsfläche dar, an der Interaktionen zwischen Wirt und Pathogen erfolgen, und dient gleichzeitig als Replikationsnische. Mithilfe der Identifizierung von humanen und bakteriellen Faktoren, die mit der ER-SCV-Membran assoziiert sind, sollten die Zusammensetzung der SCV sowie mögliche Interaktionen mit dem ER oder zellulären Transportwegen ermittelt werden. Vergleichsstudien von SCV-assoziierten Proteinen sollten Ähnlichkeiten zur chlamydialen Inklusion aufzeigen, für die bereits einige interagierende Wirtszellfaktoren beschrieben wurden. In dieser Arbeit wurde ein Aufreinigungsprotokoll etabliert, das sowohl für ER-SCVMembranen aus HeLa229 als auch THP1 geeignet war und für spätere Proteom- oder Lipidomanalysen diente. Über markierungsfreie massenspektrometrische Messungen konnten 302 bakterielle und 1178 humane Proteine in ER-(SCV-) Membranen und 885 bakterielle Proteine in aufgereinigten Sn identifiziert werden. In ER-(SCV-) Membranen von nicht und Sn-infizierten HeLa229 Zellen befanden sich 51 unterschiedlich verteilte und 57 transportassoziierte humane Proteine, die auf infektionsinduzierte Unterschiede beim intrazellulären Proteintransport hindeuteten. Eine entgegengesetzte Regulation von retro- und anterograd transportierten Proteinen konnte mithilfe von RNA-Interferenz und dem Einsatz geeigneter Inhibitoren bestätigt werden, wobei sich zeigte, dass Clathrin-assoziierte und COPI-Vesikel eine zentrale Rolle spielen. Retro-Inhibitoren, die den retrograden Transport zwischen Endosomen zum Golgi oder zwischen frühen und späten Endosomen inhibieren, sowie Bafilomycin A1 (retrograd, späte Endosomen und Lysosomen) und Brefeldin A (anterograd, ER und Golgi), beeinflussten massiv die SCV-Ausbildung, SCV-Morphologie und den intrazellulären Lipidtransport. Über markierungsfreie massenspektrometrische und dünnschichtchromatographische Analysen konnten erste Unterschiede im Lipidvorkommen in Sn-infizierten Zellen, an ER-SCVMembranen und in aufgereinigten Sn im Vergleich zu nicht infizierten Zellen ermittelt werden. Dabei konnten neben An- und Abreicherungen in Gesamtzellextrakten sowie ER-SCVMembranen zwei infektionsspezifische Lipide, Cholesterol-ß-D-Glykosid und PE 30:0, identifiziert werden. Weiterführende umfangreiche RNA-Interferenzstudien weisen darauf hin, dass die Sn-Infektion vom Endosomen-zum-Golgi-Transport und vom Clathrin-assoziierten Vesikeltransport abhängig ist. Zusammenfassend konnten erste mögliche SCV-assoziierte Proteine und Lipide identifiziert werden, die mit der bakteriellen Infektion verbunden waren. Des Weiteren hängen eine stabile SCV-Ausbildung und Sn-Infektivität von verschiedenen retrograden Transportwegen und damit von dem Erwerb von Nährstoffen wie bspw. Lipiden ab.

Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Berlin.

University, Diss., 2007--Frankfurt (Main). / Zsfassung in engl. und dt. Sprache.

University, Diss., 2001--Kassel. / Lizenzpflichtig.

Mutationen im Glycintransporter 2 (GlyT2) stellen die präsynaptische Komponente der neurologischen Erkrankung Hyperekplexie oder Startle Disease dar. Der neuronale Na+/Cl- -abhängige GlyT2 ist für das Recycling von Glycin verantwortlich und bildet an inhibitorischen glycinergen Synapsen die Hauptquelle des freigesetzten Transmitters. Dominante, rezessive und zusammengesetzte heterozygote Mutationen wurden bereits identifiziert, von denen die meisten zu einer beeinträchtigten Glycinaufnahme führen. In dieser Arbeit konnten wir eine neue pathogene Mutation innerhalb des neuronalen Glycintransporter-2-Gens (SLC6A5, OMIM604159) in einer Familie identifizieren, in der beide Elternteile heterozygote Träger waren. Ein homozygotes Kind litt an schweren neuromotorischen Defiziten, wohingegen Heterozygote keine Symptome aufwiesen. Die neue rezessive Mutation c.1286C>T erzeugte einen missense Aminosäureaustausch von Prolin gegen Leucin an Position 429 (pP429L) in der Transmembrandomäne 5. Wir haben die GlyT2P429L-Variante mittels Homologiemodellierung, immuncytochemischer Färbungen, Western Blot Analysen, Biotinylierung und funktioneller Glycinaufnahmetests charakterisiert. Der mutierte GlyT2 zeigte beim Proteintransport durch verschiedene intrazelluläre Kompartimente zur Zelloberfläche keine Defizite. Die gesamte Proteinexpression war jedoch signifikant verringert. Obwohl GlyT2P429L an der Zelloberfläche vorhanden ist, zeigte er einen Verlust der Proteinfunktion. Die Co-Expression der Mutante mit dem Wildtyp-Protein, die die Situation der Eltern widerspiegelte, hatte keinen Einfluss auf die Transporterfunktion und erklärte somit ihren nicht symptomatischen Phänotyp. Wenn jedoch die Mutante im Vergleich zum Wildtyp-Protein im Überschuss exprimiert wurde, war die Glycinaufnahme signifikant verringert. Die Strukturanalyse ergab, dass der eingeführte Leucinrest an Position 429 zu Konformationsänderungen in der α-Helix 5 führt, die in unmittelbarer Nähe zur Natriumbindungsstelle des Transporters lokalisiert sind. Dies deutet darauf hin, dass die Zugangsmechanismen des GlyT2 gestört sein könnten und einen vollständigen Verlust der Transportaktivität verursachen. Unsere Ergebnisse belegen, dass P429 in GlyT2 ein strukturell wichtiger Aminosäurerest ist, der eine wichtige funktionelle Rolle beim Glycintransport spielt. / Glycine transporter 2 (GlyT2) mutations represent the presynaptic component of the neurological disease hyperekplexia or startle disease. The neuronal Na+/Cl- -dependent GlyT2 is responsible for glycine recycling and establishes the main source of releasable transmitter at inhibitory glycinergic synapses. In humans, dominant, recessive and compound heterozygous mutations have been identified, most of them leading to impaired glycine uptake. In this study, we identified a novel pathogenic mutation within the neuronal GlyT2 gene (SLC6A5, OMIM604159) in a family with both parents being heterozygous carriers. A homozygous child suffered from severe neuromotor deficits, whereas heterozygous individuals did not reveal any symptoms. The novel recessive mutation c.1286C>T generated a missense amino acid exchange of proline to leucine at position 429 (pP429L) in transmembrane domain 5 of the protein. We characterized the GlyT2P429L variant using homology modeling, immunocytochemical stainings, Western blot analysis, biotinylation, and functional glycine uptake assays. The mutated GlyT2 revealed no deficits in protein trafficking through various intracellular compartments to cellular surface. However, the whole cell protein expression was significantly decreased. Although present at cellular surface, GlyT2P429L showed a loss of protein function. Co-expression of the mutant with the wild-type protein, reflecting the situation in the parents, did not affect transporter function, thus explaining their non-symptomatic phenotype. Nevertheless, when the mutant was expressed in excess compared with the wild-type protein, glycine uptake was significantly reduced. Structural analysis revealed that the introduced leucine residue at position 429 leads to conformational changes in α-helix 5 which is localized in close proximity to the sodium-binding site of the transporter. The data suggest that the gating mechanism of GlyT2 might be disturbed and causes a complete loss of transport activity. Thus, our results support P429 in GlyT2 as structurally important residue displaying a key functional role in glycine transport.