title: Structural and functional analysis of the PA14-like adhesin family of bakers´ yeast Saccharomyces cerevisiae
title: Strukturelle und funktionelle Analyse der PA14-artigen Adhäsinfamilie aus der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae
Creators: name: Wozniak, Nina
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2016
Subjects: Adhesin , Flokkulation
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
Adhäsin
Flockulation
PA14

description: Having the ability to interact
      with its environment by adhesion is a crucial important
      characteristic of many microorganisms. For being able to
      adhere to foreign surfaces, cells of baker´s yeast
      Saccharomyces cerevisiae possess special cell wall related
      adhesins, so-called flocculins that belong to the large
      family of fungal adhesins. Furthermore, these surface
      proteins enable social interactions where multicellular and
      protective structures like flocs are formed. Flocculins
      consist of three typical domains with the N-terminal domain
      (A-domain) being presented outside the cell wall and
      mediating all the adhesive properties. Based on their
      structural features, most of the flocculin A-domains belong
      to the PA14-like proteins and are classified as lectins. It
      is supposed that sugar binding by the FloA-domains depends on
      a flocculin specific subdomain (SD), which mediates ligand
      specificity. By using the example of the Flo1A and Flo5A
      structures it could be shown in detail how these adhesins are
      mediating cell-cell interactions by binding mannosides in the
      cell walls of neighbouring cells. In order to better
      understand the structure and function of the PA14-like
      adhesins of S. cerevisiae, the Flo1, Flo5, Flo9, and Flo10
      A-domains have been isolated out of different yeast strains.
      By using a standardised expression system their adhesion
      properties to other cells and to foreign surfaces could be
      subsequently analysed and compared to each other. Thereby it
      showed that most of the PA14-like flocculins are able to
      mediate cell-cell and agar adhesion, but with clearly
      different efficiency and specificity. Furthermore the results
      indicate that the flocculin specific subdomain is crucial for
      functional variability. To confirm this hypothesis the
      subdomains of Flo5A and Flo10A have been swapped. The
      following functional analysis of the chimeric FloA-domains
      revealed that their adhesion properties largely could be
      attributed to the subdomain. In addition, Flo10A and the
      chimeric Flo10A5SD-domain have been crystallised in complex
      with mannoside ligands and compared to the structure of
      Flo5A. This analysis shows the influence of the subdomain on
      ligand binding specificity even on an atomic scale. In
      summary this work suggests that the PA14-like
      flocculin-family represents a variable adhesin-reservoire
      which enables S. cerevisiae to constantly change its adhesion
      properties and adapt to changing environmental
      conditions.
description: Eine grundlegend wichtige
      Eigenschaft vieler Mikroorganismen ist ihre Fähigkeit, über
      Adhäsion mit der Umwelt zu interagieren. Die Bäckerhefe
      Saccharomyces cerevisiae verfügt zur Anheftung von Zellen an
      fremde Oberflächen über spezielle Zellwand-verankerte
      Adhäsine, Flokkuline genannt, welche zur großen Familie der
      pilzlichen Adhäsine gehören. Diese Oberflächenproteine
      ermöglichen auch soziale Interaktionen, wobei verschiedene
      mehrzellige Strukturen entstehen können, z. B. Flocken mit
      Schutzfunktion. Die Flokkuline bestehen aus drei typischen
      Domänen, wobei die N-terminale Domäne (A-Domäne) an der
      Zelloberfläche präsentiert wird und als eigentliche
      Adhäsionsdomäne fungiert. Die A-Domänen der meisten
      Flokkuline gehören aufgrund ihrer Struktur zu den
      PA14-artigen Proteinen und fungieren als Lektine, wobei
      vermutet wird, dass eine Flokkulin-spezifische Subdomäne (SD)
      eine wichtige Rolle bei der Vermittlung der
      Ligandbindungs-Selektivität spielt. Am Beispiel der
      Strukturen von Flo1A und Flo5A konnte bereits im Detail
      gezeigt werden, wie diese Adhäsine über Bindung von
      Zellwand-exponierten Mannosiden Zell-Zell-Interaktionen
      vermitteln. Um die Struktur und Funktion der PA14-artigen
      Adhäsine von S. cerevisiae besser zu verstehen, wurden in der
      vorliegenden Arbeit die A-Domänen der Flokkuline Flo1, Flo5,
      Flo9, und Flo10 aus verschiedenen Hefestämmen isoliert und
      mit Hilfe eines einheitlichen Expressionssystems bezüglich
      sozialer Interaktionen (Flokkulation) und Adhäsion an fremde
      Oberflächen (Agar) untersucht und miteinander verglichen.
      Dabei zeigte sich, dass die meisten PA14-artigen FloA-Domänen
      Flokkulation und/oder Agar-Adhäsion vermitteln können, jedoch
      teilweise mit deutlich unterschiedlicher Effizienz und
      Spezifität. Zudem ergab diese Analyse Hinweise darauf, dass
      die Flokkulin-spezifische Subdomäne eine entscheidende Rolle
      bei der funktionalen Variabilität spielt. Um diese Hypothese
      zu untermauern, wurden die Subdomänen der Flokkuline Flo5 und
      Flo10 gegeneinander ausgetauscht. Die anschießende
      funktionale Analyse ergab, dass dadurch auch die speziellen
      Adhäsionseigenschaften gegenseitig übertragen wurden. Zudem
      wurden die Kristallstrukturen von Flo10A und einer chimären
      Flo10A5SD-Variante im Komplex mit Mannosid-Liganden gelöst
      und mit der Struktur von Flo5A verglichen. Diese Analyse
      zeigt den Einfluss der SD auf die Ligand-Bindungsspezifität
      auch auf atomarer Ebene. Insgesamt legt diese Arbeit nahe,
      dass S. cerevisiae mit der PA14-artigen Flokkulinfamilie über
      ein variables Adhäsin-repertoire verfügt, welches es diesem
      Mikroorganismus ermöglicht, seine Adhäsionseigenschaften
      stetig zu verändern und neuen Umweltbedingungen
      anzupassen.