DsbA

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Einführung

DsbA ist eine bakterielle Thiol-Disulfid-Oxidoreduktase (TDOR). DsbA ist eine Schlüsselkomponente der Dsb‑(Disulfidbrücken‑)Enzymfamilie. DsbA katalysiert die Bildung intramolekularer Disulfidbrücken, während Peptide in den periplasmatischen Raum der Zelle gelangen.

Struktur

Strukturell enthält DsbA eine Thioredoxin‑Domäne mit einer inserierten helikalen Domäne unbekannter Funktion. Wie andere Thioredoxin‑basierte Enzyme weist das katalytische Zentrum von DsbA ein CXXC‑Motiv auf (CPHC in E. coli‑DsbA). Das Cysteinpaar kann oxidiert (unter Bildung einer intramolekularen Disulfidbrücke) oder reduziert (als freie Thiolgruppen) vorliegen und ermöglicht dadurch die Oxidoreduktase‑Aktivität, indem es – abhängig vom Redoxzustand – als Elektronenpaar‑Donor oder ‑Akzeptor fungiert. Die Reaktion verläuft in der Regel über ein gemischtes Disulfid‑Intermediat, bei dem ein Cystein des Enzyms eine Bindung zu einem Cystein des Substrats ausbildet. DsbA ist dafür verantwortlich, Disulfidbrücken in neu synthetisierte Proteine einzuführen; äquivalent dazu katalysiert es die Oxidation eines Cysteinresiduen‑Paars im Substratprotein. Die meisten DsbA‑Substrate werden letztlich sezerniert und umfassen wichtige Toxine, Virulenzfaktoren, Adhäsionsstrukturen sowie Komponenten der Motilitätsapparatur.

Einfluss von Disulfidbrücken‑Redoxproteinen (Dsb) auf die Pathogenität pathogener Bakterien

Die posttranslationale Modifikation ist ein wesentlicher Bestandteil des Proteinreifungsprozesses und kann die korrekte Faltung sowie die Aktivität von Proteinen sicherstellen. Dabei spielt Cystein eine wichtige Rolle bei bakteriellen posttranslationalen Modifikationen. Es wurde gezeigt, dass Disulfidbrücken‑Oxidoreduktasen (Dsb) in der bakteriellen inneren Membran und im periplasmatischen Raum vorkommen. Diese ermöglichen es Transmembranproteinen mit Sulfhydrylgruppen, intramolekulare Disulfidbrücken auszubilden, wodurch eine korrekte Faltung und Funktion gewährleistet wird. Darüber hinaus ist es bei von Bakterien nach extrazellulär sezernierten Proteinen, sofern die Faltung bereits intrazellulär abgeschlossen ist, aufgrund sterischer Behinderung beim Durchtritt durch die Zellmembran erschwert, das Protein nach außen zu exportieren.

Einfluss von Disulfidbrücken‑Redoxproteinen (Dsb) auf die Pathogenität von Escherichia coli

Die Bildung von Disulfidbrücken in E. coli findet im Periplasma statt und wird durch die Thiol‑Disulfid‑Oxidoreduktase DsbA katalysiert. DsbA, das zuerst identifizierte Disulfidbrücken‑Redoxprotein, dient als Disulfid‑Donor für neu synthetisierte periplasmatische Proteine und wird durch DsbB, ein zweites in der inneren Membran lokalisiertes Protein, reoxidiert. DsbA und DsbB können eine vollständige Redox‑Zyklus‑Kette bilden, die kontinuierlich die korrekte Faltung und Funktion von Substratproteinen im Zytosol und im Periplasma antreibt. DsbA und DsbB gehören zur Thioredoxin‑Familie. Beide Thioredoxine enthalten die typische C‑XX‑C‑Dithiol‑Aktivzentrumsequenz und sind in gramnegativen Bakterien konserviert. dsbC ist ein weiteres Mitglied der Disulfidisomerase‑Familie. Die vorliegende Studie zeigte, dass E. coli‑DsbA eng mit der Motilität der eigenen Flagelle verknüpft ist und dass das Fehlen von dsbA oder dsbB zur Deletion von E. coli führt. Wenn dsbA oder dsbB fehlt, kann das P‑Loop‑Protein (FlgI) von E. coli keine Disulfidbrücken synthetisieren und folglich die Flagelle nicht assemblieren, wodurch die Motilität verloren geht.

Einfluss von Disulfidbrücken‑Redoxproteinen (Dsb) auf die Pathogenität von Vibrio cholerae

VcDsbA ist eine Disulfidbrücken‑Oxidoreduktase im periplasmatischen Raum von Vibrio cholerae und ist essenziell für dessen Pathogenität. VcDsbA ist nicht nur für die Sekretion von Cholera‑Toxinfaktoren erforderlich, sondern kann in Anwesenheit von Gallensalzen die Virulenz von Vibrio cholerae aktivieren, indem es die Dimerisierung von TcpP induziert und dadurch die Expression des nachgeschalteten Virulenzfaktor‑Gens toxT aktiviert. Somit ist VcDsbA auch essenziell für die Expression von ToxT, dem zentralen Virulenzregulator von Vibrio cholerae. Darüber hinaus kann VcDsbA die Biofilmbildung fördern, indem es unter In‑vitro‑Bedingungen die Expression von MSHA verstärkt.