Quality control during assembly and function of the type-III core export apparatus of the bacterial flagellum
Creators: name: Fischer, Svenja
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Salmonella
subject: Flagellum
subject: Sekretionssystem
subject: Assemblierung
subject: flagella
subject: secretion system
subject: assembly
subject: 570 Biologie

description: Das Flagellum von Salmonella enterica ist eine komplexe molekulare Nanomaschine, die zur Fortbewegung verwendet wird. Die Synthese erfordert die Sekretion extrazellulärer Bausteine durch die Zellhülle. Der Substratexport erfolgt durch ein hochkonserviertes Typ-III-Sekretionssystem. Der Kern des fT3SS ist eine komplexe Proteinsekretionsmaschine, bestehend aus den Proteinen FliPQR und FlhBA. Ziel dieser Arbeit war die molekularen Mechanismen, die eine korrekte Funktion gewährleisten, tiefergehend zu erforschen. Im ersten Kapitel wurden die molekulare Mechanismen der Qualitätskontrolle während der Synthese des fT3SS untersucht. Es wurde kürzlich gezeigt, dass die korrekte Synthese durch das fT3SS-spezifischen Chaperon FliO gewährleistet wird. Ziel war es, den molekularen Mechanismus, wie FliO an diesem Prozess beteiligt ist, aufzuklären. Die Ergebnisse zeigten, dass mehrere Aminosäuren von FliO während der Assemblierung mit FliP interagieren. Des Weiteren wurde die Relevanz des spaltbaren Signalpeptids am N-Terminus von FliP untersucht. Diese Studie zeigt, dass die Anwesenheit des Signalpeptids und seine korrekte Spaltung entscheidend, aber nicht unerlässlich für die Funktion der Flagellen sind. Das fT3SS ist in der Lage Proteine mit einer bemerkenswerten Geschwindigkeit von mehreren tausend Aminosäuren pro Sekunde zu sekretieren. Das zweite Kapitel konzentrierte sich darauf, wie das fT3SS Proteine mit hoher Geschwindigkeit sekretiert, während das Austreten kleiner Moleküle verhindert wird. Unsere Mutationsanalysen zeigten, dass eine Methioninschleife in FliP, eine sperrige Plug-Domäne in FliR und intermolekulare Salzbrücken zwischen FliQ-Untereinheiten zusammenarbeiten, um die Integrität der Membran aufrechtzuerhalten. Diese Arbeit liefert neue Einblicke in die Synthese des fT3SS Kerns und die Regulation der Substratsekretion. Beide Prozesse werden an mehreren Stellen streng kontrolliert, um eine korrekte Funktion des Flagellums sicherzustellen.
description: The flagellum of Salmonella enterica is a sophisticated molecular nanomachine, which is used for locomotion. Flagella synthesis requires the translocation of extracellular subunits across the cell envelop, which is mediated by a highly conserved type-III secretion system (fT3SS). The core fT3SS is a complex protein secretion machine consisting of the proteins FliPQR and FlhBA. Productive assembly is crucial for flagella function. The molecular mechanisms which ensure correct function of the fT3SS remain poorly understood. In this thesis, we aimed to gain a profound insight into the molecular mechanisms of fT3SS core assembly and function. The first chapter investigated the molecular mechanisms underlying the quality control during the assembly of the fT3SS. It was recently shown that productive assembly of the core fT3SS relies on the flagella-specific chaperone FliO. We aimed to elucidate the molecular mechanism of how FliO facilitates this process. Our results demonstrated, that several residues of FliO are interacting with FliP during the assembly process. Furthermore, we aimed to identify the relevance of the cleavable signal peptide at the N-terminus of FliP. This study showed, that the presence of the signal peptide and its correct cleavage are crucial but not essential for flagella function. The fT3SS is able to secrete proteins with a remarkable speed of several thousand amino acids per second. The second chapter focused on how the fT3SS secretes proteins at high speed while preventing the leakage of small molecules. Our mutational analyses demonstrated that a methionine loop in FliP, a bulky plug domain in FliR and intermolecular salt bridges between FliQ subunits are acting cooperatively to maintain the membrane barrier. Overall, this work provides new insights into the assembly process of the fT3SS core and the regulation of substrate secretion. Both processes are tightly controlled at multiple stages to ensure the proper functioning of the flagellum.