@phdthesis{Jarick2020,
  author    = {Jarick, Marcel},
  title     = {Molekulare und funktionelle Charakterisierung der Serin/Threonin-Proteinkinase Stk und -Proteinphosphatase Stp von \(Staphylococcus\) \(aureus\)},
  doi       = {10.25972/OPUS-17654},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-176542},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Staphylococcus aureus ist ein Kommensale, der die menschliche Haut und Schleimhaut der Nase und des Rachens besiedelt. Der Keim verursacht aufgrund zahlreicher Virulenzfaktoren leichte aber auch schwere Infektionen wie Pneumonie, Endokarditis oder Sepsis. Die Behandlung von S. aureus-Infektionen gestaltet sich heutzutage schwierig, da der Keim Resistenzen gegen verschiedenste Antibiotika ausgebildet hat. Zur Bek{\"a}mpfung dieser Resistenzen werden neue Antibiotika ben{\"o}tigt, die u.a. mit der Zellphysiologie und der Zellwandwandsynthese der Bakterien interferieren. Die Zellphysiologie und Zellwandsynthese wird abh{\"a}ngig von der Wachstumsphase und Umwelt-einfl{\"u}ssen in den Bakterien streng reguliert. Neben den Zweikomponentensystemen sind Serin/Threonin-Proteinkinasen und -Phosphatasen wesentliche Sensoren und Regulatoren der Bakterien. Durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung bewirken diese beiden Systeme eine Hemmung oder Aktivierung der entsprechenden Zielproteine. Dadurch kann sich die Bakterienzelle an innere und {\"a}ußere Reize anpassen. In dieser Arbeit wurde die konservierte Serin/Threonin-Proteinkinase Stk und die Serin/Threonin-Phosphatase Stp von S. aureus untersucht. Die beiden Proteine Stk und Stp haben einen großen Einfluss auf die Signalweiterleitung, den zentralen Metabolismus, die Stressantwort, die Antibiotikaresistenz und die Virulenz von S. aureus. Im ersten Teil dieser Arbeit wird dargelegt, dass Stk und Stp in der bakteriellen Membran lokalisiert sind, dort miteinander interagieren und antagonistisch Zielproteine phosphorylieren bzw. dephospho-rylieren. Die Deletion der Phosphatase Stp bewirkt, dass zahlreiche Proteine in der Zelle permanent phosphoryliert und daher vermutlich nur noch eingeschr{\"a}nkt funktionst{\"u}chtig sind. Die ausbleibende Dephosphorylierung der Proteine in der stp-Mutante hat einen dramatischen Effekt auf die Zellwand-synthese und die Virulenz von S. aureus. So hat die stp-Mutante eine verdickte Zellwand und ist weniger virulent als die stk-Mutante und der Wildtypstamm. Im Rahmen dieser Arbeit wird erstmals eine Erkl{\"a}rung pr{\"a}sentiert, die die strukturellen Besonderheiten von Stk und deren Auswirkung auf die Zellwandsynthese zusammenf{\"u}hrt: In der stp-Mutante akkumulieren Zellwandvorl{\"a}ufer in der Zelle, da vermutlich die entsprechenden Zellwandsyntheseproteine durch Stk-vermittelte Phosphorylierung gehemmt werden. Die Proteine FemXAB nehmen eine zentrale Rolle in der Zellwandsynthese ein, indem sie die Pentaglycin-Interpeptidbr{\"u}cke des Zellwandvorl{\"a}ufers Pentaglycin-Lipid II syntheti-sieren. Stk wird durch die Bindung seiner extrazellul{\"a}ren Dom{\"a}nen an Pentaglycin-Lipid II aktiviert. In der vorliegenden Arbeit konnte FemX als in vitro Substrat von Stk und Stp identifiziert werden. Die permanente Phosphorylierung von FemX in der stp-Mutante f{\"u}hrt zur verminderten Synthese der Pentaglycin-Br{\"u}cken am Lipid II und infolgedessen zum Einbau von unvollst{\"a}ndigen Muropeptiden in den neuen Peptidoglycanstrang. Diese strukturelle Ver{\"a}nderung f{\"u}hrt zur Verdickung der Zellwand und folglich zur verminderten Empfindlichkeit gegen{\"u}ber der Glycyl-Glycinpeptidase Lysostaphin. Neben FemX interagiert Stk mit weiteren Zellwandsyntheseproteinen wie FemAB und einigen Zellteilungsproteinen. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass Stk das Vorkommen seines extrazellul{\"a}ren Liganden Lipid II detektiert und dementsprechend die Zellwandsynthese {\"u}ber FemX reguliert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde anhand verschiedener Omics-Techniken die stk-, stp- und stk/stp-Mutante im Vergleich zum S. aureus NewmanHG Wildtyp charakterisiert. Dabei zeigten sich teilweise große Unterschiede zwischen der stp-Mutante und den anderen St{\"a}mmen. Mit diesen Unter-suchungen konnten Ergebnisse aus anderen Studien best{\"a}tigt und mit weiteren Daten untermauert werden. So l{\"a}sst sich die verminderte Virulenz der stp-Mutante mit der reduzierten Expression und Sekretion von Toxinen wie H{\"a}molysinen und Leukozidinen erkl{\"a}ren. Dies f{\"u}hrt zu einer verminderten H{\"a}molyse von Erythrozyten und einer verminderten Immunantwort gegen diese Toxine im Infektions-versuch. Stk und Stp phosphorylieren bzw. dephosphorylieren Transkriptionsfaktoren und Antwort-regulatoren von Zweikomponentensystemen, was zu der ver{\"a}nderten Expression und Sekretion der Virulenzfaktoren f{\"u}hrt. Die Analyse der Mutanten offenbart, dass Stk ein negativer und Stp ein positiver Regulator der Virulenz in S. aureus ist. Außerdem regulieren Stk und Stp zentrale Aspekte des Metabolismus in S. aureus. So ist die Konzentration an Nukleotidtriphosphaten in der stp-Mutante reduziert, was auf eine verminderte Expression der Gene der Pyrimidinsynthese zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Anhand dieser Ergebnisse wird deutlich, dass Stk und Stp wesentliche Aspekte der Zellphysiologie wie die Zellwandsynthese, den zentralen Metabolismus und die Virulenz von S. aureus regulieren.},
  subject      = {Kinase},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kurzai2001,
  author    = {Kurzai, Oliver},
  title     = {Molekulare Charakterisierung pH-regulierter Gene bei der humanpathogenen Hefespezies Candida dubliniensis und ihr Nutzen f{\"u}r die epidemiologische Diagnostik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-1182281},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {Candida dubliniensis ist eine 1995 erstmals beschriebene pathogene Hefespezies mit enger phylogenetischer Verwandtschaft zu Candida albicans. Sie wird mittels routinem{\"a}ßig angewendeter Verfahren nicht von C. albicans unterschieden, weil sie als einzige Spezies im Genus Candida neben C. albicans Chlamydosporen ausbilden kann. C. dubliniensis ist bisher vor allem aus dem Oropharynx HIV-positiver Patienten isoliert worden. PHR1 und PHR2 sind funktionell homologe, pH-abh{\"a}ngig exprimierte Gene von C. albicans, deren Produkte essentiell f{\"u}r die Verkn{\"u}pfung von b-1,3- und b-1,6-Glukan in der Zellwand sind. Die Deletion jedes dieser Gene f{\"u}hrt zu einem pH-abh{\"a}ngigen Ph{\"a}notyp mit aberranter Morphogenese in vitro und reduzierter Virulenz im Tiermodell. In dieser Arbeit werden PHR homologe Gene im Genom von C. dubliniensis charakterisiert. CdPHR1 weist eine Homologie von 90,5 Prozent zu PHR1 und CdPHR2 eine Homologie von 91,7 Prozent zu PHR2 auf. Wie PHR1 wird auch CdPHR1 nur unter neutralen und alkalischen Bedingungen exprimiert, w{\"a}hrend sich CdPHR2 Transkript, wie das von PHR2, nur unter sauren Bedingungen nachweisen l{\"a}sst. Die funktionelle Homologie von CdPHR1 zu PHR1 wird durch Komplementation des Ph{\"a}notyps einer C. albicans phr1 Mutante mit CdPHR1 gezeigt. Dabei erweist sich der native Promoter von CdPHR1 als funktional in C. albicans. Im Modellorganismus Saccharomyces cerevisiae wird CdPHR1 unter Kontrolle seines nativen Promotors dagegen pH-unabh{\"a}ngig exprimiert. Auch die zus{\"a}tzliche Einf{\"u}hrung eines mutierten, dominant aktiven Allels von RIM101, das in C. albicans f{\"u}r die pH-abh{\"a}ngige Genexpression verantwortlich ist, hat darauf keinen Einfluss. In C. glabrata und Aspergillus nidulans findet sich keine Expression von CdPHR1. Basierend auf Sequenzunterschieden zwischen PHR1 und CdPHR1 wird ein PCR-Schnelltest zur Speziesunterscheidung entwickelt. Dieser wird in einer epidemiologischen Studie mit 133 chlamydosporenpositiven klinischen Isolaten evaluiert. 21 oropharyngeale Isolate von 14 HIV-positiven Patienten k{\"o}nnen so retrospektiv als C. dubliniensis klassifiziert werden, dies entspricht einer Pr{\"a}valenz von C. dubliniensis in diesem Kollektiv von 30 Prozent. Die Ergebnisse der PCR werden durch Sequenzierung ribosomaler Gene (V3, ITS1, ITS2) best{\"a}tigt. Parallel werden ph{\"a}notypische Tests zur Identifizierung von C. dubliniensis auf ihre diagnostische Validit{\"a}t getestet. W{\"a}hrend sich die Chlamydosporenmorphologie der Isolate und die Kolonief{\"a}rbung auf dem Farbindikatormedium CHROMagar Candida als unzul{\"a}nglich f{\"u}r die Unterscheidung erweisen und das f{\"u}r C. dubliniensis beschriebene Wachstumsdefizit bei 45°C zwar sensitiv, nicht aber spezifisch f{\"u}r die Identifizierung dieser Spezies ist, korreliert die Koloniemorphologie auf Staib-Agar zu 100 Prozent mit den molekularen Daten. Alle C. dubliniensis Isolate werden in einem biochemischen Assay (Micronaut RC) untersucht, dabei zeigt der Test auf b-Glukosidase Aktivit{\"a}t hohes diskriminatorisches Potenzial. In Resistenztestungen zeigen sich die C. dubliniensis Isolate sensibler als die oropharyngealen C. albicans Isolate gegen gebr{\"a}uchliche Antimykotika. In dieser Studie kann gezeigt werden, dass C. dubliniensis und C. albicans auf teilweise austauschbare Mechanismen zur Reaktion auf Alterationen des pH-Milieus verf{\"u}gen. Die pH-abh{\"a}ngige Regulation zellwandassoziierter Gene ist dabei eng mit morphogenetischen Prozessen verbunden. Trotz dieser {\"A}hnlichkeit ist C. dubliniensis nicht nur weniger virulent als C. albicans, sondern zeigt auch ein unterschiedliches epidemiologisches Spektrum, das durch eine Spezialisierung auf oropharyngeale Kolonisation und Infektion bei HIV-positiven Patienten gekennzeichnet ist. Um die Gr{\"u}nde f{\"u}r diese Unterschiede aufzeigen zu k{\"o}nnen, ist eine verl{\"a}ssliche Identifizierung von C. dubliniensis notwendig. Dazu stellen die pr{\"a}sentierten Daten einerseits einen schnellen und verl{\"a}sslichen PCR Test, andererseits eine sorgf{\"a}ltige Evaluierung derzeit gebr{\"a}uchlicher ph{\"a}notypischer Verfahren vor. Ph{\"a}notypisch und genotypisch exzellent charakterisierte Isolate beider Spezies stehen f{\"u}r weitere Untersuchungen zur Verf{\"u}gung.},
  language  = {de}
}