title: Comparative structure/function analysis of adhesion domains of pathogenic and non-pathogenic yeasts
title: Vergleichende Struktur-/Funktionsanalyse von Adhäsionsdomänen pathogener und nicht-pathogener Hefen
Creators: name: Kock, Michael Alexander
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: yeast
Biochemie , Adhäsine
biochemistry
Chemistry and allied sciences
Chemie
Proteinkristallographie
Torulopsis glabrata
Saccharomyces cerevisiae
Pichia pastoris
adhesin, protein crystallography

description: Yeasts are able to adapt to a
      broad variety of different ecological conditions and to
      therefore colonize a vast number of habitats. The first
      interface for interaction with the surrounding medium is the
      unique fungal cell wall with its embedded integral cell wall
      proteins. A huge number of these proteins serve in cell/cell-
      and cell/substrate-adhesion. They play a crucial role in many
      processes of fungal lifestyles. An important family of fungal
      adhesins uses a common domain architecture for binding of
      glycan structures. The A-domain, which works in a
      C-type-lectin like manner, is followed by a repetitive and
      highly O-glycosylated intermediate B-region. The fixation to
      the cell wall is provided by transglycosylation of a
      glycosylphosphatidylinositol-anchor (GPI-anchor), which is
      part of the terminal C-domain. The glycan recognizing
      A-domain is structurally related to the PA14 domain of the
      protective antigen of Bacillus anthracis. It harbours a
      unique motif of two consecutive aspartate-residues connected
      via a cis-peptide bond, which coordinate a Ca2+-ion. In
      combination with different loop-regions the affinity and
      specificity for specific glycans is generated. Using a global
      bioinformatical and phylogenetic analysis, new subtypes of
      these adhesins with conserved features could be identified in
      several ascomycetes. Cea1A, a member of a new subtype from
      Pichia pastoris, was investigated using X-ray crystallography
      and biophysical as well as in vivo studies. This adhesin
      binds to N-acetylglucosamine und mediates the highly specific
      and affine recognition of non-reducing ends of
      non-crystalline chitinous polymers. The structure of Cea1A
      shows, beside a unique stalk-shaped subdomain, a
      subtype-specific binding mode combining a compact binding
      pocket with ionic interactions. This adhesin may represent
      the molecular base of yeast/insect-symbiosis or pathogenesis.
      PpFlo1A is a further adhesin of this subtype, which is
      showing structural similarities, and which might be important
      in the recognition of Pichia-subpopulations. Three epithelial
      adhesins, Epa1A, Epa6A and Epa9A were structurally and
      functionally further characterized. This adhesin-subtype is
      used by the pathogenic yeast Candida glabrata for adhesion to
      epithelial cells via their recognition of surface
      galactosides. Different complex structures of these adhesins
      revealed that a functional classification is not strictly
      linked to phylogenetic dependencies. Flo10A belongs to the
      flocculin-subtype, which is applied by the budding yeast
      Saccharomyces cerevisiae in vegetative aggregation and floc
      formation. Structural investigations using this flocculin
      showed that the insertion of subdomains in the region of the
      flexible loops has a major effect on the conformation of the
      binding pocket and ligand recognition. The connection of
      intra-subtype investigations with a global analysis led to
      the picture of a complex yet highly adaptive kind of
      adhesion-proteins with conserved features.
description: Hefen sind in der Lage sich an
      unterschiedlichste Umweltbedingungen anzupassen und dadurch
      eine große Anzahl von Habitaten zu besiedeln. Die erste
      Kontaktfläche mit ihrer Umwelt bilden Hefen mit ihrer
      einzigartigen Zellwand und den darin integrierten
      Zellwandproteinen. Ein großer Teil dieser Proteine, darunter
      die GPI-verankerten Zellwandproteine (GPI-CWP), dient zur
      Zell/Zell- oder Zell/Substrat-Adhäsion und spielt damit eine
      essentielle Rolle in der Lebensweise der Hefen. Einige dieser
      Proteine sind in der Lage Glycanstrukturen zu binden und
      zeigen einen gemeinsamen Domänenaufbau. Einer
      C-Typ-Lektin-artigen A-Domäne folgt eine mittlere, hoch
      repetitive und O-glycosylierte B-Region. Die Fixierung dieser
      Zellwandproteine gelingt durch die Transglycosylierung eines
      in der C-Domäne befindlichen
      Glycosylphosphatidylinositolankers. Die Glycanbindedomäne
      basiert strukturell auf der PA14-Domäne des protektiven
      Antigens von Bacillus anthracis. Sie enthält ein
      ungewöhnliches Motiv aus zwei konsekutiven, mit einer
      cis-Peptidbindung verbundenen Aspartaten, welche ein Ca2+-Ion
      komplexieren. Zusammen mit Aminosäureresten aus verschiedenen
      Schleifenbereichen wird hiermit die Affinität und Spezifität
      der Glycanbindung erzeugt. In dieser Arbeit gelang es,
      mittels einer sorgfältigen bioinformatischen und
      phylogenetischen Studie, neue Subtypen mit konservierten
      Eigenschaften dieser Adhäsinfamilie in Ascomyceten zu
      identifizieren. Cea1A, ein charakteristisches Mitglied des
      Pichia-Subtyps, konnte hierbei funktionell sowie strukturell
      charakterisiert werden. Dieses Adhäsin bindet an
      N-Acetylglucosamin und vermittelt damit die spezifische und
      hochaffine Erkennung nicht-reduzierender Enden
      nicht-kristalliner chitinöser Polymere. Die Struktur von
      Cea1A zeigt, neben einer neuartigen, stielförmigen Subdomäne,
      einen eigenständigen Bindungsmodus, welcher eine kompakte
      Bindungstasche und ladungsgetriebene Interaktionen verbindet.
      Cea1A könnte hiermit die molekulare Grundlage der
      Vergesellschaftung von Hefen mit Insekten darstellen.
      PpFlo1A, ein weiteres Adhäsin dieser neuartigen Gruppe, zeigt
      strukturelle Ähnlichkeiten und dient möglicherweise zur
      Erkennung einer Subpopulation von Pichia-Hefen. Im Rahmen
      dieser Arbeit konnten weiterhin drei epitheliale Adhäsine aus
      dem Humanpathogen Candida glabrata, Epa1A, Epa6A und Epa9A,
      strukturell und funktionell weitergehend untersucht werden.
      Dieser Subtyp der pilzlichen Adhäsine dient, unter Bindung
      von Galactosiden auf Epithelzellen, zur Etablierung der
      Pathogenität von C. glabrata. Durch die Lösung von
      Komplexstrukturen konnte gezeigt werden, dass eine
      funktionelle Klassifizierung nicht zwingend mit
      phylogenetischer Verwandtschaft einhergeht. Mit der
      strukturellen Untersuchung von Flo10A, einem Adhäsin des
      Flokkulin-Subtyps, welcher zur vegetativen Zellaggregation in
      Saccharomyces cerevisiae dient, konnte schließlich gezeigt
      werden, dass die Insertion von Subdomänen im Bereich der
      flexiblen Loops einen direkten Einfluss auf die Konformation
      der Bindungstasche und damit die Bindungseigenschaften
      hat.