title: Struktur und Funktion von Flokkulinen aus Saccharomyces cerevisiae sowie weiterer pilzlicher Zellwandproteine
title: Structure and function of flocculins from Saccharomyces cerevisiae and other fungal cell wall proteins
Creators: name: Veelders, Maik Stefan
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: Adhäsin
Domäne
Flocculin , Adhesin
Kristallographie , Saccharomyces cerevisiae
Flokkulin
Flokkulation
Flocculation
Chemie

description: The yeast cell wall is the primary
      interaction interface of yeast cells with their environment.
      It consists of an inner layer with chitin, β1,3- und
      β1,6-glucans, which are crucial for the cell-wall’s
      stability. In the outer cell-wall layer there are different
      glycoproteins, which are necessary to recognize and bind
      other cells or to interact with the environment. The assembly
      and remodeling of the cell-wall is a crucial process during
      the cell-cycle, which is governed by glucan-processing
      proteins located in the cell-wall. In this thesis, structural
      and functional aspects of adhesins and the inner-cell-wall
      protein Sun4 from the brewer’s yeast Saccharomyces cerevisiae
      and the human pathogen Candida glabrata were analyzed. The
      fungal adhesins Flo5, Flo11 and Epa1 mediate vegetative
      adhesion of yeast-cells, either to other yeast cells or to
      abiotic substrates or host cells. They form a structural
      family by showing a common superstructure comprising of an
      N-terminal adhesive A-domain, a middle highly glycosylated
      B-domain and a C-terminal C-domain with a
      glycosylphosphatidylinositol-anchor-site. In this thesis, the
      molecular structures of the adhesion-mediating domains Flo5A,
      Epa1A and Flo11A were determined at an atomic resolution
      (0.89-1.5 Å). Through this, it became clear, that the
      A-domains of Flo5 and Epa1, which are related to the
      PA14-domain from the anthrax-protective-antigen, exhibit a
      C-type-lectin-like activity and recognize glycan structures
      on the surface of other yeast cells (Flo5) or on the surface
      of host cells (Epa1). Native, biologically relevant ligands
      could be observed in the structures and binding affinities
      could be determined. The Flo11A domain exhibits a completely
      novel fold, however, the ligand specificity could not be
      clearly determined by means of structural analysis.
      Nevertheless, a C-type-lectin-like mechanism could be
      excluded for Flo11A and a homotypic interaction mode, based
      on aromatic bands, could be proposed. The structure of the
      highly conserved fungal SUN domain, which can be found on the
      C-terminus of Sun4 from S. cerevisiae, was determined at an
      atomic resolution as well. The conservation pattern of
      different amino acids hinted to a β-glucanase activity of
      this domain. This paves the route to develop anti-fungal
      pharmaceuticals by structure-based design against this domain
      occurring exclusively but ubiquitously in fungi. A
      heterotypic gadolinium-oxo-supercluster, which was observed
      during phasing on the surface of Flo5A, could serve as a
      template for incorporation of gadolinium in other proteins
      and might be a paradigm for the development of biocompatible
      and tissue-specific MRI contrast agents.
description: Die Zellwand ist die primäre
      Interaktionsfläche von Hefezellen mit ihrer Umwelt. Sie
      besteht in ihrer inneren Schicht aus Chitin, β1,3- und
      β1,6-Glucanen, die für ihre Stabilität entscheidend sind. In
      der äußeren Schicht der Hefezellwand finden sich verschiedene
      Glyco-proteine, die für die Erkennung und Bindung von Zellen
      untereinander und die Interaktion mit ihrer weiteren Umgebung
      notwendig sind. Der Aufbau und Umbau der Zellwand selbst
      während des Zellzyklus der Hefe ist ein essentieller Vorgang,
      in den ebenfalls verschiedene Proteine, die in der Zellwand
      vorkommen und Glucane prozessieren, involviert sind. In
      dieser Arbeit wurden Adhäsine und das innere Zellwandprotein
      Sun4 aus der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae und der
      humanpathogenen Hefe Candida glabrata strukturell und
      funktionell untersucht. Die untersuchten pilzlichen Adhäsine
      Flo5, Flo11 und Epa1 vermitteln vegetative Adhäsion der Hefen
      entweder an weitere Hefezellen, abiotische Substrate oder
      Wirtszellen. Sie bilden eine Familie mit einer gemeinsamen
      Superstruktur, die aus einer adhäsionsvermittelnden,
      N-terminalen A-Domäne, einer mittleren, hochglycosylierten B
      Domäne und einer C-terminalen C-Domäne mit
      Glycosylphosphatidylinositolanker besteht. In dieser Arbeit
      war es möglich, die molekularen Strukturen der
      adhäsionsvermittelnden Domänen Flo5A, Epa1A und Flo11A bei
      atomaren Auflösungen (0.89-1.5 Å) zu bestimmen. Dabei wurde
      deutlich, dass die mit der PA14-Domäne aus dem
      Anthrax-protektiven Antigen verwandten A-Domänen von Flo5 und
      Epa1 eine C-Typ-Lektin-artige Aktivität aufweisen und
      Glycanstrukturen auf anderen Hefezellen (Flo5A) oder
      Wirtszellen (Epa1A) binden. Native, für die biologische
      Funktion relevante Liganden konnten in den Strukturen
      beobachtet und Bindungskonstanten bestimmt werden. Die
      Flo11A-Domäne zeigt einen vollständig neuen Faltungstyp,
      offenbarte ihre Ligandspezifität jedoch nicht durch
      strukturelle Untersuchungen. Allerdings konnte ein
      lektinartiger Mechanismus ausgeschlossen und ein auf
      aromatischen Bändern beruhender, homotypischer Mechanismus
      vorgeschlagen werden. Die Struktur der in Pilzen
      hochkonservierten C-terminalen SUN-Domäne des inneren
      Zellwandproteins Sun4 aus S. cerevisiae konnte ebenfalls in
      atomarer Auflösung aufgeklärt und Hinweise auf eine
      β-Glucanase Aktivität dieser Domäne gefunden werden. Durch
      strukturbasiertes Design sollte die Entwicklung von
      fungiziden Medikamenten gegen diese in Pilzen ubiquitäre,
      aber exklusiv vorkommende Domäne möglich sein. Ein
      heterotypischer Gadolinium-Oxo-Supercluster, der während der
      Phasierung auf der Oberfläche von Flo5A beobachtet wurde,
      könnte als Templat für die Inkorporation von Gadolinium in
      verschiedene Proteine und so langfristig für die Entwicklung
      eines biokompatiblen und gewebespezifischen
      MRT-Kontrastmittels dienen.