title: Structural and Biophysical Analysis of Adhesion Domains of the Flo11 Type from Ascomycetes
title: Strukturelle und biophysikalische Analyse von Adhäsionsdomänen des Flo11-Typs aus Ascomyceten
Creators: name: Kraushaar, Timo
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Surface Plasmon Resonance
Biochemie
Biochemistry
Chemistry and allied sciences
Chemie
Crystallography
Kristallographie , Oberflächenplasmonresonanz
Saccharomyces cerevisiae

description: The baker’s yeast Saccharomyces
      cerevisiae harbors a set of cell wall an-chored proteins that
      confer cell-cell or cell-surface Interactions. These proteins
      called flocculins or adhesins share a common architecture
      consisting of an A-, B- and C-domain with the A-domain
      responsible for substrate binding. The ad-hesins can be
      divided into two independent groups, the PA14-type and the
      Flo11-type. The PA14-type contains the flocculins Flo1, Flo5,
      Flo9, Flo10 and these proteins have a central PA14 domain as
      core structure. The Flo11-type forms an own Pfam family
      (PF10182) und shows no homology to the PA14-type. The
      Flo11-dependent phenotypes in Saccharomyces cerevisiae show a
      great diversity (biofilms, flocculation, flor formation,
      filaments), but with adhesion to cells or surfaces as
      connecting element. In this work the crystal structures of
      the Flo11A domains from S. cerevisiae (ScFlo11A) and K.
      pastoris GS115 (KpFlo11A1) could be solved. Although these
      two Flo11A domains share a sequence identity of only 30 %,
      the 3D structure is highly conserved with a Fibronectin type
      III domain as core structure. In comparison to the flocculins
      of the PA14-type the Flo11A domain doesn’t bind any sugar
      moieties but confers homotypic Flo11A-Flo11A interactions via
      surface exposed aromatic residues (tryptophan and tyrosin).
      These aromatic residues are embedded into groups of acidic
      residues, namely aspartate and glutamate. Hence a homotypic
      interaction can only occur when both domains are almost
      uncharged. The resulting pH-dependence of the interaction
      forms the molecular basis for cell-cell adhesion of yeasts
      under acidic conditions. At pH 5.5 a KD value of 20 µM for
      the ScFlo11A-ScFlo11A interaction and 30 µM for the
      KpFlo11A1-KpFlo11A1 interaction could be delineated by
      Surface Plasmon Resonance (SPR). The heterotypic
      ScFlo11A-KpFlo11A interaction showed a KD of 121 µM. The
      reason for this reduced affinity was mainly due to a slower
      association (kon) while the dissociation (koff) was almost
      unaffected. This work could help elucidating the unusual
      adhesion mechanism of the Flo11A-Flo11A interaction by
      combining structural and biophysical methods.
description: Die Bäckerhefe Saccharomyces
      cerevisiae verfügt über eine Reihe zellwand-verankerter
      Proteine, die für Zell-Zell bzw. Zell-Oberflächenkontakte
      zuständig sind. Diese Adhäsine oder Flokkuline genannten
      Proteine zeigen übereinstim-mend einen Aufbau aus A-, B- und
      C-Domäne, wobei die N-terminale A-Domäne für die
      Substratbindung zuständig ist. Die Adhäsine können grob in
      zwei Gruppen unterteilt werden, den PA14-Typ und den
      Flo11-Typ. Der PA14-Typ beinhaltet die Flokkuline Flo1, Flo5,
      Flo9, Flo10 und hat kennzeichnend die PA14-Domäne als
      Kernstruktur. Der Flo11-Typ dagegen bildet eine eigene eine
      eigene Pfam Familie (PF10182) und zeigt keine Homologie zu
      der PA14 Proteinfamilie. Die Flo11 vermittelten Phänotypen
      aus Saccharomyces cerevisiae zeigen eine große Diversität
      (Biofilme, Flokkulation, Flor-Bildung, Filamente), haben aber
      als gemeinsames Merkmal die Zell-Zell bzw.
      Zell-Oberflächen-Adhäsion. In dieser Arbeit konnte die
      Kristallstruktur der Flo11A Domäne aus S. cerevisiae S288C
      (ScFlo11A) und K. pastoris GS115 (KpFlo11A1) gelöst werden.
      Trotz einer geringen Sequenzidentität von 30 % zeigen beide
      Flo11A Domänen eine konservierte 3D-Struktur mit einer
      Fibronectin Typ III Domäne als Kernstruktur. Anders als die
      Flokkuline des PA14-Typs bindet die Flo11A Domäne keine
      Zuckerliganden, sondern vermittelt homotypische Flo11A-Flo11A
      Interaktionen über oberflächenexponierte aromatische Reste
      (Tryptophan und Tyrosin). Diese sind eingebettet in Gruppen
      von sauren Resten (Aspartat und Glutamat), sodass eine
      homotypische Bindung nur stattfinden kann, wenn die Domänen
      nahezu elektrisch neutral vorliegen. Die daraus resultierende
      pH-Abhängigkeit der Interaktion bildet die molekulare
      Grundlage der Zell-Zell-Adhäsion von Hefen untersauren
      Bedingungen. Mit Hilfe der Oberflächenplasmonresonanz (SPR)
      wurden für die beiden homotypischen Flo11A-Flo11A
      Interaktionen (ScFlo11A-ScFlo11A und KpFlo11A1-KpFlo11A1)
      KD-Werte von 20 bzw. 30 µM bei pH 5,5 bestimmt. Die
      heterotypische ScFlo11A-KpFlo11A Interaktion zeigte dagegen
      eine KD von 121 µM. Die verminderte Affinität zeigte sich vor
      allem in der Assoziation (kon), während die Dissoziation
      (koff) bei allen Inter-aktionen ähnlich war. Mit Hilfe
      struktureller und biophysikalischer Methoden konnte so der
      ungewöhnliche Adhäsionsmechanismus der Flo11A-Flo11A
      Interaktion aufgeklärt werden.