@phdthesis{Lindner2005,
  author    = {Lindner, Karin},
  title     = {Untersuchungen zum Einfluss der ATP-abh{\"a}ngigen Protease ClpXP auf die Regulation und Expression Virulenz-assoziierter Gene des uropathogenen E. coli Stammes 536},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-17627},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {Die ATP-abh{\"a}ngige Serinprotease ClpXP ist f{\"u}r die Kontrolle und Verf{\"u}gbarkeit einer großen Anzahl von Enzymen und regulatorischer Proteine sowie f{\"u}r den Abbau fehlge-falteter Proteine verantwortlich. Sie besteht aus zwei Komponenten, der Protease ClpP und der ATPase ClpX, welche f{\"u}r die Substratspezifit{\"a}t verantwortlich ist und zus{\"a}tzlich als Chaperon wirken kann. Durch den gezielten Abbau globaler Regulatoren wie dem alternativen Sigmafaktor RpoS kommt die regulatorische Funktion der Protease auf post-translationaler Ebene zum Tragen. Um den Einfluss der Protease ClpXP auf die Virulenz-eigenschaften uropathogener Escherichia coli zu studieren, wurde der uropathogene E. coli Stamm 536 als Modellorganismus verwendet. Uropathogene E. coli St{\"a}mme werden als h{\"a}ufigste Erreger von Harnwegsinfektionen des Menschen beschrieben. Der E. coli Stamm 536 (O6:K15:H31) unterscheidet sich von apathogenen St{\"a}mmen durch die Anwesenheit von bislang sechs charakterisierten Pathogenit{\"a}tsinseln (PAIs), die f{\"u}r eine Reihe verschiedener Virulenzfaktoren wie Prf- und S-Fimbrien, alpha-H{\"a}molysin, dem Kapselantigen K15 und Eisenaufnahmesystemen kodieren. Zudem exprimiert der Stamm Curli-Fimbrien, eine Flagelle vom Serotyp H31 und ist aufgrund seines glatten Lipopolysaccharid Ph{\"a}notyps (O6 Antigen) serumresistent. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss der Protease ClpXP auf die Regulation und Expression Virulenz-assoziierter Gene des E. coli Stammes 536 sowohl auf Protein-, als auch auf Transkriptebene n{\"a}her zu charakterisieren. Um den Einfluss der clpX- und clpP-Deletion auf die Proteinexpression des E. coli Stammes 536 zu untersuchen, wurde die Methode der zweidimensionalen (2-D) Gelelektrophorese angewendet. Es wurden zytoplasmatische und extrazellul{\"a}re Proteine der logarithmischen und station{\"a}ren Wachstumsphase untersucht und in diesem Zusammenhang jeweils ein internes Mastergel aller 93 identifizierten zytoplasmatischen und aller 127 identifizierten Proteinen des extrazellul{\"a}ren Proteoms angefertigt. In der zytoplasmatischen Fraktion konnte f{\"u}r 13 Proteine aus der logarithmischen und f{\"u}r 25 Proteine aus der station{\"a}ren Wachstums-phase eine unterschiedliche Expression festgestellt werden. Die 2-D Analyse der Proteine aus dem Kultur{\"u}berstand ergab ein erh{\"o}htes Sekretionsverm{\"o}gen der clpX- und clpP-negativen St{\"a}mme sowohl in der logarithmischen als auch in der station{\"a}ren Wachstums-phase. Dar{\"u}ber hinaus konnte eine reduzierte Expression von Hauptstrukturuntereinheiten der Prf-, S-, CS12-{\"a}hnlichen und Typ 1-Fimbrien sowie des Autotransporters Ag43 in den clpX- und clpP-Mutanten nachgewiesen werden. Zus{\"a}tzlich wiesen diese St{\"a}mme eine verst{\"a}rkte Expression des Flagellins FliC auf. Durch Western Blot-Analysen und weitere ph{\"a}notypische Tests konnten die Ergebnisse aus den Proteomstudien f{\"u}r Prf-, S- und Typ 1-Fimbrien sowie f{\"u}r die Flagellenexpression best{\"a}tigt werden. Zudem war eine stark verlangsamte Expression von Curli und Cellulose bei Temperaturen unter 37 °C, eine erh{\"o}hte Motilit{\"a}t und ein „hyperflagellierter" Ph{\"a}notyp der clpX- und clpP-negativen St{\"a}mme zu beobachten. Demgegen{\"u}ber hatte ClpXP keinen Einfluss auf die alpha-H{\"a}molysinproduktion, die Expression des Lipopolysaccharides, die Serumresistenz und in vivo-Virulenz dieses Stammes. Bei anschließenden Transkriptionsanalysen (semiquantitative Real-Time Reverse Transkrip-tion (RT)-PCR) der Gene, welche f{\"u}r die Hauptstrukturuntereinheiten von Fimbrien kodieren, konnte eine reduzierte Transkription der Determinanten f{\"u}r Prf-, S-, und Curli-Fimbrien, aber eine erh{\"o}hte Transkription f{\"u}r Gencluster der Typ 1- und CS12-{\"a}hnlichen Fimbrien und keine {\"A}nderung der Transkriptmengen f{\"u}r Gene des Pix-Fimbrienoperons in den Mutantenst{\"a}mmen nachgewiesen werden. Die Transkription der beiden Antigen 43 Varianten ORF52III und ORF47V war durch die Deletion von clpX und clpP gleichermaßen betroffen und deutlich reduziert. ClpXP hatte aber keinen Einfluss auf die Transkription des „Masterregulatorgens" flhC der Flagellen-Regulationskaskade, beeinflusst jedoch die in der Hierarchie weiter unten liegender Operons positiv, da eine deutlich erh{\"o}hte Expression von fliA und fliC nachgewiesen werden konnte. Demzufolge hat ClpXP einen negativen regulatorischen Effekt auf die Flagellenexpression, der aber erst auf posttranskriptionaler oder posttranslationaler Ebene auftritt. Viele der beobachteten Einfl{\"u}sse, v.a. auf die Flagellen- und Fimbrienexpression, konnten auf die fehlende regulatorische Wirkung von RpoS zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden, welches ausschließlich durch ClpXP degradiert wird. Zudem lassen die Ergebnisse vermuten, dass der globale Regulator Lrp, welcher eine wichtige Rolle bei der Regulation der Fimbrienexpression spielt, direkt oder indirekt durch ClpXP beeinflusst wird, wodurch die regulatorischen Netzwerke zus{\"a}tzlich gest{\"o}rt werden.},
  subject      = {Escherichia coli},
  language  = {de}
}