Μετάδοση σήματος (AtoS-AtoC/Az) και η συμβολή του στην παραγωγή νανοβιοτεχνολογικών προϊόντων:
Creators: name: Θεοδώρου, Ευάγγελος Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Μετάδοση σήματος
AtoS-AtoC
Πολυϋδροξυαλκανοϊκά οξέα
Αντιβακτηριακοί παράγοντες
Signal transduction
Polyhydroxyalkanoic acids
Antibacterial agents

description: Το σύστημα μετάδοσης σήματος δύο συστατικών AtoSC του βακτηρίου Escherichia coli αποτελείται από την αισθητήρια κινάση AtoS και το ρυθμιστή απόκρισης AtoC. Η μετάδοση σήματος μέσω του AtoSC επάγεται από ακετοξικό, σπερμιδίνη, αλλά και εκκρίσεις του ανθρώπινου οργανισμού και εξωκυττάριο ασβέστιο, προς την αυτοφωσφορυλίωση της AtoS και την επακόλουθη φωσφορυλίωση του AtoC για τη ρύθμιση των καθοδικών του στόχων. Το AtoSC αποτελεί ρυθμιστή κλειδί για τον έλεγχο καίριων βακτηριακών διαδικασιών όπως ο καταβολισμός λιπαρών οξέων με μικρή αλυσίδα μέσω της ρύθμισης του οπερονίου atoDAEB, η χημειόταξη, η κινητικότητα, η προσαρμογή έναντι αλλαγών των συνθηκών του περιβάλλοντος, η βιοσύνθεση του πολυ-(R)-3-υδροξυβουτυρικού οξέος (cPHB), η απόκριση έναντι εκκρίσεων από τον ανθρώπινο οργανισμό, όπως επίσης και διαδικασιών που επηρεάζουν αντίσταση σε αντιβιοτικά, εγκαθιδρύοντας τον ομοιοστατικό του ρόλο στη βακτηριακή φυσιολογία. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, διευκρινίσθηκε περαιτέρω ο μηχανισμός μετάδοσης σήματος από το AtoSC, μέσω της μελέτης των επιπρόσθετων αλληλεπιδράσεων των συστατικών του και των ρυθμιστικών ρόλων της Ν-τελικής ρυθμιστικής περιοχής του AtoC σε συνδυασμό με τους επαγωγείς του, προς τη ρύθμιση των καθοδικών του στόχων όπως το οπερόνιο atoDAEB και η βιοσύνθεση του cPHB καθώς και με την ταυτοποίηση επιπρόσθετων σημάτων επαγωγής που αναγνωρίζονται κατά τη διαδικασία μετάδοσης του σήματος. Λαμβάνοντας υπόψιν το ρόλο του συστήματος ως ρυθμιστή κλειδί σε διαδικασίες παθογένειας και συμβίωσης σε συνδυασμό με την έκφραση του συστήματος AtoSC σε παθογενή στελέχη E. coli, ταυτοποιήθηκαν τρεις παρεμποδιστές της μετάδοσης σήματος μέσω του AtoSC (Closantel, RWJ-49815 και TNP-ATP). Παρεμποδίζουν την αυτοφωσφορυλίωση της κινάσης AtoS και τη φωσφομεταφορά από την κινάση στο ρυθμιστή απόκρισης AtoC. Οι συνέπειες αυτής της παρεμπόδισης στις φυσιολογικές διαδικασίες που ελέγχονται από το σύστημα, προτείνουν το σύστημα AtoSC ως στόχο προς το σχεδιασμό αντιβακτηριακών παραγόντων. Το σύστημα AtoSC ρυθμίζει τη βιοσύνθεση και την υποκυτταρική κατανομή του cPHB, μέσω του οπερονίου atoDAEB κατά την επαγωγή του από τους εγκαθιδρυμένους επαγωγείς του. Επιπλέον, μπορεί να ρυθμίσει το cPHB και μέσω επιπρόσθετων διαδικασιών, ένας μηχανισμός που αποδίδεται στα συστατικά του ξεχωριστά απουσία ή παρουσία των επαγωγέων με αποδοτικότερο το AtoC. Δίκτυο αλληλεπιδράσεων μεταξύ της β-οξείδωσης και της βιοσύνθεσης των λιπαρών οξέων στο οποίο συμμετέχει το σύστημα AtoSC ρυθμίζει τη βιοσύνθεση του cPHB στην E. coli. Το AtoSC ρυθμίζει θετικά τη βιοσύνθεση και τη συσσώρευση των αποθηκευτικών πολυϋδροξαλκανοϊκών οξέων, ΡΗΒ και P(3HB-co-3HV), σε ανασυνδυασμένα phaCAB+ E. coli, που εκφράζουν εξωχρωμοσωμικά τα ένζυμα PhaCAB από τα Alcaligens eutrophus. To επαγώμενο-ακετοξικού AtoSC βελτιστοποιεί την παραγωγή των βιοπολυμερών ποσοτικά, σε ποσοστό κυτταρικής περιεκτικότητας σε πολυμερές, αλλά και ποιοτικά, όπως επίσης αυξάνει την ενσωμάτωση του μονομερούς HV στο συμπολυμερές P(3HB-co-3HV). Το σύστημα AtoSC ρυθμίζει τη βιοσύνθεση των ΡΗΒ και P(3HB-co-3HV), μέσω του οπερονίου atoDAEB αλλά και μέσω επιπρόσθετων διαδικασιών, ένας μηχανισμός που αποδίδεται στα συστατικά του ξεχωριστά απουσία ή παρουσία των επαγωγέων με αποδοτικότερο το AtoC. Δίκτυο αλληλεπιδράσεων μεταξύ της β-οξείδωσης και της βιοσύνθεσης των λιπαρών οξέων στο οποίο συμμετέχει το σύστημα AtoSC ρυθμίζει τη βιοσύνθεση των πολυϋδροξυαλκανοϊκών οξέων σε ανασυνδυασμένα phaCAB+ E. coli.
description: AtoSC two-component signal transductiom system in Escherichia coli constitutes sensor kinase AtoS and response regulator AtoC. AtoSC signaling is induced by acetoacetate, spermidine as well as human secretions and extracellular calcium towards AtoS autophosphorylation and subsequently to AtoC phosphorylation towards the regulation of its downstream targets. AtoSC is a key regulator of central bacterial mechanisms including short-chain fatty acid catabolism through the regulation of atoDAEB operon, chemotaxis, motility, adaptation, poly-(R)-3-hydroxybutyrate (cPHB) biosynthesis, as well as mechanisms affecting antibiotics resistance, establishing its homeostatic role in bacterial physiology. During the present Ph.D. Thesis, the AtoSC signaling mechanism was further elucidated, through studies of additional interactions between its constituents and the regulatory roles of AtoC N-terminal domain in combination with its inducers, towards the regulation of its downstream targets atoDAEB operon and cPHB biosynthesis. Furthermore, new AtoSC inducers were identified that are sensed during the signal transduction. Considering the key role of AtoSC in pathogenic and symbiotic processes and AtoSC expression in pathogenic E. coli, three inhibitors of AtoSC signaling (Closantel, RWJ-49815 and TNP-ATP) were indentified. They inhibit AtoS autophosphorylation and AtoS to AtoC phopshotransfer. The consequences of this inhibition on physiological processes that are regulated by AtoSC, establish AtoSC as a target for antibacterial agents. AtoSC regulates cPHB biosynthesis and intracellular distribution, through atoDAEB operon upon its established inducers. Furthermore, it is capable to regulate cPHB through additional mechanisms, attributed to its constituents separately in the absence or presence of inducers, with AtoC being the most effective. Interplay between β-oxidation and fatty acid biosynthesis including AtoSC participation regulates cPHB biosynthesis in E. coli. AtoSC up-regulates the biosynthesis and accumulation of storage polyhydroxyalkanoates, ΡΗΒ and P(3HB-co-3HV), in recombinant phaCAB+ E. coli, expressing the PhaCAB enzymes from Alcaligens eutrophus. The acetoacetate-induced AtoSC optimizes the biopolymers production quantitatively, the cellular biopolymer content and qualitatively, as well as enhances the HV incorporation in the copolymer P(3HB-co-3HV). AtoSC regulates ΡΗΒ and P(3HB-co-3HV) biosynthesis through atoDAEB operon as well as additional processes, attributed to its constituents separately in the absence or presence of inducers, with AtoC being the most effective. Interplay between β-oxidation and fatty acid biosynthesis including AtoSC participation regulates polyhydroxyalkanoate biosynthesis in recombinant phaCAB+ E. coli.