TY  - THES
A1  - Boyanova, Desislava Veselinova
T1  - Systems biological analysis of the platelet proteome and applications of functional module search in proteome networks
T1  - Systembiologische Analyse des Blutplättchenproteoms und funktionelle Modulsuche in Proteinnetzwerken
N2  - Recent development of proteomic approaches and generation of large-scale proteomic datasets calls for new methods for biological interpretation of the obtained results. Systems biological approaches such as integrated network analysis and functional module search have become an essential part of proteomic investigation. Proteomics is especially applied in anucleate cells such as platelets. The underlying molecular mechanisms of platelet activation and their pharmacological modulation are of immense importance for clinical research. Advances in platelet proteomics have provided a large amount of proteomic data, which has not yet been comprehensively investigated in a systems biological perspective. To this end, I assembled platelet specific data from proteomic and transcriptomic studies by detailed manual curation and worked on the generation of a comprehensive human platelet repository for systems biological analysis of platelets in the functional context of integrated networks (PlateletWeb) (http:/PlateletWeb.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de). I also added platelet-specific experimentally validated phosphorylation data and generated kinase predictions for 80% of the newly identified platelet phosphosites. The combination of drug, disease and pathway information with phosphorylation and interaction data makes this database the first integrative platelet platform available for platelet research. PlateletWeb contains more than 5000 platelet proteins, which can also be analyzed and visualized in a network context, allowing identification of all major signaling modules involved in platelet activation and inhibition. Using the wealth of integrated data I performed a series of platelet-specific analyses regarding the platelet proteome, pathways, drug targets and novel platelet phosphorylation events involved in crucial signaling events. I analyzed the statistical enrichment of known pathways for platelet proteins and identified endocytosis as a highly represented pathway in platelets. Further results revealed that highly connected platelet proteins are more often targeted by drugs. Using integrated network analysis offered by PlateletWeb, I analyzed the crucial activation signaling pathway of adenosine diphosphate (ADP), visualizing how the signal flow from receptors to effectors is maintained. My work on integrin inside-out signaling was also based on the integrated network approach and examined new platelet-specific phosphorylation sites and their regulation using kinase predictions. I generated hypothesis on integrin signaling, by investigating the regulation of Ser269 phosphorylation site on the docking protein 1 (DOK1). This phosphorylation site may influence the inhibiting effect of DOK1 on integrin a2bb3. Extending the integrated network approach to further cell lines, I used the assembled human interactome information for the analysis of functional modules in cellular networks. The investigation was performed with a previously developed module detection algorithm, which finds maximum-scoring subgraphs in transcriptomic datasets by using assigned values to the network nodes. We extended the algorithm to qualitative proteomic datasets and enhanced the module search by adding functional information to the network edges to concentrate the solution onto modules with high functional similarity. I performed a series of analyses to validate its performance in small-sized (virus-infected gastric cells) and medium-sized networks (human lymphocytes). In both cases the algorithm extracted characteristic modules of sample proteins with high functional similarity. The functional module search is especially useful in site-specific phosphoproteomic datasets, where kinase regulation of the detected sites is often sparse or lacking. Therefore, I used the module detection algorithm in quantitative phosphoproteomic datasets. In a platelet phosphorylation dataset, I presented a pipeline for network analysis of detected phosphorylation sites. In a second approach, the functional module detecting algorithm was used on a phosphoproteome network of human embryonic stem cells, in which nodes represented the maximally changing phosphorylation sites in the experiment. Additional kinases from the human phosphoproteome in PlateletWeb were included to the network to investigate the regulation of the signal flow. Results indicated important phosphorylation sites and their upstream kinases and explained changes observed in embryonic stem cells during differentiation. This work presents novel approaches for integrated network analysis in cells and introduces for the first time a systematic biological investigation of the human platelet proteome based on the platelet-specific knowledge base PlateletWeb. The extended methods for optimized functional module detection offer an invaluable tool for exploring proteomic datasets and covering gaps in complex large-scale data analysis. By combining exact module detection approaches with functional information data between interacting proteins, characteristic functional modules with high functional resemblance can be extracted from complex datasets, thereby focusing on important changes in the observed networks.
N2  - Jüngste Entwicklungen der Proteomik und die damit einhergehende Erzeugung großer Datensätze erfordern neue Methoden zur biologischen Interpretation der gewonnenen Ergebnisse. Systembiologische Ansätze wie die integrierte Netzwerkanalyse sowie die funktionelle Modulsuche sind zu einem wesentlichen Bestandteil bei der Untersuchung von Proteinen geworden. Die Proteomik wird vor allem in kernlosen Zellen wie den Blutplättchen angewandt. Die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen bei der Aktivierung von Thrombozyten und deren pharmakologische Modulation sind von immenser Bedeutung für die klinische Forschung. Aktuelle Studien in der Proteomforschung haben insbesondere bei Thrombozyten große Mengen an Daten erzeugt, die bisher noch nicht umfassend systembiologisch untersucht wurden. Zu diesem Zweck stellte ich manuell thrombozyten-spezifische Daten aus Proteom- und Transkriptomstudien zusammen und arbeitete an der Entwicklung einer umfassenden menschlichen Thrombozytendatenbank für die systembiologische Analyse der Funktion von Blutplättchen mittels integrierter Netzwerkanalyse (PlateletWeb) (http:/PlateletWeb.bioapps.biozentrum.uni-wuerzburg.de). Zusätzlich habe ich plättchen-spezifische, experimentell validierte Phosphorylierungsinformationen hinzugefügt und generierte Kinasenvorhersagen für 80% der neu identifizierten Phosphorylierungsstellen. Die Kombination aus Medikamenten, assoziierten Krankheiten und Signalweginformation zusammen mit Phosphorylierungs- und Interaktionsdaten macht diese Datenbank zu einer ersten und umfassenden Anlaufstelle für Thrombozytenforschung. PlateletWeb enthält mehr als 5000 Plättchenproteine, die in einem Netzwerk analysiert und dargestellt werden können. Dabei ist die Identifizierung aller wichtigen Signalmodule zur Plättchenaktivierung und -inhibierung möglich. Mit der Fülle an verfügbaren Daten führte ich eine Reihe thrombozyten-spezifischer Analysen am Plättchenproteom, an Signalwegen, pharmakologischen Wirkstoffzielen und Phosphorylierungsreaktionen in grundlegenden Signalprozessen durch. Ich analysierte die statistische Anreicherung bekannter Signalwege für Plättchenproteine und identifizierte Endozytose als einen sehr repräsentativen Signalweg in Thrombozyten. Weitere Ergebnisse zeigten, dass stark vernetzte Plättchenproteine häufiger Ziel von Medikamenten sind. Mittels der Netzwerkanalyse von PlateletWeb untersuchte ich den grundlegenden Signalaktivierungspfad von Adenosindiphosphat (ADP), und veranschaulichte den Signalfluss von Rezeptor zu Effektor. Meine Arbeit an der Integrin-Inside-Out-Signalisierung beinhaltete zudem die Untersuchung neuer thrombozyten-spezifischer Phosphorylierungsstellen und ihre Regulation durch Kinasenvorhersagen mit Hilfe des integrierten Netzwerkanalyseansatzes. Durch die Untersuchung der Regulation bei der Phosphorylierungsstelle Ser269 im Docking-Protein (DOK1) stellte ich eine neue Hypothese zur Integrinsignalisierung auf. Diese Phosphorylierungsstelle könnte den inhibitorischen Effekt von DOK1 auf integrin a2bb3 beeinflussen. Ich erweiterte den integrierten Netzwerkanalyseansatz für andere Zelllinien, indem ich die gesammelten Informationen aus dem menschlichen Interaktom für die Analyse von funktionellen Modulen in zellulären Netzen nutzte. Die Untersuchung wurde mit einem zuvor entwickelten Algorithmus zur Modulerkennung durchgeführt, der maximal bewertete Teilgraphen in Transkriptomdatensätzen anhand zugewiesener Werte für Netzwerkknoten findet. Wir erweiterten den Algorithmus zur Anwendung auf qualitative Proteomdatensätze und optimierten die Modulsuche durch Integration funktioneller Informationen in die Netzwerkkanten. Dies fokussierte die Optimierung auf Proteinmodule mit hoher funktioneller Ähnlichkeit. Ich führte eine Reihe von Analysen durch, um die Effizienz des Algorithmus in kleinen (durch Viren infizierte Magenzellen) und mittelgroßen Netzwerken (menschliche Lymphozyten) zu überprüfen. In beiden Fällen extrahierte der Algorithmus charakteristische Module der untersuchten Proteine mit hohen funktionellen Ähnlichkeiten. Die funktionelle Modulsuche ist besonders bei positionsspezifischen Phosphoproteomikdatensätzen nützlich, in denen die Kinasenregulation der detektierten Phosphorylierungsstellen nur spärlich oder gar nicht vorhanden ist. Daher habe ich den Algorithmus der Moduldetektion auf quantitative Phosphoproteomikdatensätze angewandt. Anhand eines Datensatzes bestehend aus phosphorylierten Plättchenproteinen habe ich eine Vorgehensweise zur Netzwerkanalyse von Phosphorylierungsstellen entwickelt. In einer zweiten Studie wurde der Algorithmus der Moduldetektion auf ein phosphoproteomisches Netzwerk menschlich embryonaler Stammzellen angewandt, in dem Phosphorylierungsstellen mit maximaler Veränderung durch Netzwerkknoten repräsentiert wurden. Um die Regulation des Signalflusses zu untersuchen wurden weitere Kinasen aus dem menschlichen Phosphoproteom beziehungsweise PlateletWeb integriert. Ergebnisse wiesen auf wichtige Phosphorylierungsstellen und ihre Upstream-Kinasen hin und verdeutlichten Vorgänge, die während der Differenzierung in den embryonalen Stammzellen stattgefunden haben. Diese Arbeit bietet neue Vorgehensweisen der integrierten Netzwerkanalyse in Zellen und präsentiert zum ersten Mal eine systembiologische Untersuchung des menschlichen Proteoms mit Hilfe der Trombozytendatenbank PlateletWeb. Die erweiterten Methoden zur verbesserten Erkennung funktioneller Module bieten ein wertvolles Werkzeug für die Erforschung proteomischer Datensätze und vervollständigen die komplexe und umfangreiche Datenanalyse. Charakteristische Module, die große Ähnlichkeit auf funktioneller Ebene aufweisen, können durch die Kombination von exakten Modulerkennungsansätzen mit funktionellen Daten extrahiert werden. Dabei werden wichtige Änderungen besonders bei der Analyse komplexer Netzwerke hervorgehoben.
KW  - Netzwerkanalyse
KW  - Thrombozyt
KW  - Proteomanalyse
KW  - Systembiologie
KW  - Funktionelle Modulsuche
KW  - Plättchenphosphoproteom
KW  - Netzwerkalgorithmen
KW  - Systems Biology
KW  - Integrated network analysis
KW  - Plättchennetzwerk
KW  - Proteome
KW  - Phosphoproteomic analysis
KW  - Functional module search
KW  - Functional interaction
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72165
ER  - 
TY  - THES
A1  - Förster, Johanna R.
T1  - Identifizierung und Analyse von Proteininteraktionen bei zwei Mitgliedern der MAGUK-p55-Subfamilie, MPP4 und MPP5
T1  - Identification and analysis of protein interactions of two members of the MAGUK p55 subfamily, MPP4 and MPP5
N2  - Gegenstand der vorliegenden Untersuchungen waren das retinaspezifische palmitoylierte Membranprotein 4 (engl. membrane palmitoylated protein 4, MPP4) und das ubiquitär exprimierte MPP5, die beide zur großen Familie der Membran-assoziierten Guanylatkinasen (engl. membrane-associated guanylate kinases, MAGUKs) gehören. Beide Proteine haben wichtige organisatorische Funktionen als Adapterproteine in der Netzhaut. MPP4 ist am Aufbau von präsynaptischen Proteinkomplexen in den Photorezeptor-Ribbonsynapsen beteiligt. Ein Fehlen von MPP4 in Mäusen führt zum Verlust von einigen präsynaptischen Proteinen von der Ribbonsynapse, was eine wichtige Rolle von MPP4 für die Organisation dieses Komplexes indiziert. Um neue Komponenten dieses Multiproteinkomplexes zu identifizieren, wurde in der vorliegenden Arbeit ein proteomischer Ansatz etabliert. Dazu wurde der MPP4-assoziierte Proteinkomplex aus Proteinextrakten der bovinen Retina durch Immunaffinitätschromatographie isoliert, mittels zweidimensionaler Gelelektrophorese aufgetrennt und resultierende Protein-spots massenspektrometrisch analysiert. Diese Untersuchungen identifizierten 18 kopräzipitierte Proteine. Darunter waren der bekannte Interaktionspartner Veli3 und das MAGUK-Protein PSD95. Für letzteres konnte gezeigt werden, dass speziell die β-Isoform von PSD95 mit MPP4 über die N-terminalen L27-Domänen heterodimerisiert. Daneben konnte die Assoziation von MPP4 mit Hsc70 und Recoverin durch unabhängige Bindungs-assays verifiziert werden, wobei diese Interaktionen indirekt waren und möglicherweise von retinaspezifischen Proteinen vermittelt werden. Diese Ergebnisse unterstützen die herausragende Rolle von MPP4 als Gerüstprotein für die Organisation eines Proteinkomplexes der Photorezeptorsynapse, der an der Regulierung der Ca2+-Homöostase in den präsynaptischen Enden, sowie vermutlich auch an der Exozytose der synaptischen Vesikel beteiligt ist. Die übrigen kopräzipitierten Proteine waren Bestandteile des Zytoskeletts und verschiedener Signalwege und wahrscheinlich unspezifische Kontaminanten. Das MPP5-Protein ist Teil eines evolutionär konservierten Proteinkomplexes, der für die Entstehung und Aufrechterhaltung der apikobasalen Polarität in Epithelzellen eine wichtige Rolle spielt und in der Netzhaut für die speziellen Zellverbindungen zwischen Müller-Gliazellen und Photorezeptoren in der externen limitierenden Membran essentiell ist. Mutationen, die zu Störungen in der Funktion dieses Proteinkomplexes führen, verursachen retinale Defekte bei Mensch (z.B. Retinitis Pigmentosa, Lebersche kongenitale Amaurose), Maus, Zebrafisch und Fruchtfliege. Die PDZ-Domäne von MPP5 bindet an den C-Terminus der CRB-Proteine. In der vorliegenden Arbeit wurde die Auswirkung einer Punktmutation in der PDZ-Domäne von MPP5 (V301N), funktionell untersucht. Diese hat im Zebrafisch eine fehlende Photorezeptoradhäsion und die Zerstörung der retinalen Architektur zur Folge. Es wurde gezeigt, dass die V301N-Mutation die Interaktion zwischen MPP5 und den drei CRB-Isoformen verhindert. Außerdem führt sie zu einer Fehllokalisierung von heterolog exprimiertem MPP5V301N in MDCK-Zellen, die zudem einen erhöhten transepithelialen Widerstand aufweisen. Über quantitative real-time PCR wurde in diesen Zellen eine verminderte Genexpression von Untereinheiten des apikalen epithelialen Natriumkanals ENaC und der basolateralen Na+/K+-ATPase festgestellt, was die Ursache für einen verminderten Ionenfluss durch die Zellschicht darstellen könnte. Somit übt heterolog exprimiertes MPP5V301N in MDCK-Zellen einen dominanten Effekt aus, der möglicherweise über einen Einfluss auf die Genregulation bestimmter Proteine vermittelt wird. Zur Untersuchung welche Auswirkungen die MPP5V301N-Mutation in vivo hat, wurde eine MPP5V301N-knock-in-Mauslinie generiert. Die bisherige Charakterisierung der Mäuse zeigte bei heterozygoten Tieren keinen äußerlich erkennbaren Phänotyp, wohingegen homozygote Mäuse nicht lebensfähig waren. Vermutlich führt das Vorkommen beider mutanter Allele in frühen embryonalen Stadien zum Abstoßen der Embryos. Das Mausmodell bietet die Basis für weitere Untersuchungen über die molekularen Konsequenzen einer Expression von MPP5V301N in der Netzhaut und anderen Geweben und wird Beiträge zur Aufklärung von Entstehungsmechanismen CRB1-MPP5-assoziierter Netzhauterkrankungen liefern.
N2  - The objects of the present study were the retina specific membrane palmitoylated protein 4 (MPP4) and the ubiquitous expressed MPP5 protein which belong to the large family of the membrane-associated guanylate kinase homologs (MAGUKs). Both proteins have important organizational functions as adaptor proteins in the retina. MPP4 is involved in the assembly of presynaptic protein complexes in the photoreceptor synapses. The absence of MPP4 in mice leads to the loss of several presynaptic proteins from the ribbon synapse indicating an important role for MPP4 in organizing this complex. This work was aimed to identify new components of this multiprotein complex by establishing a proteomic approach. More precisely, the MPP4-associated protein complex was isolated with immunoaffinity chromatography from bovine retinal protein extracts followed by two-dimensional electrophoresis and analysis of the resulting protein spots by mass spectrometry. This analysis identified 18 co-precipitated proteins. Among these molecules the known interacting partner Veli3 and the MAGUK protein PSD95 were detected. For the latter, a selective association between MPP4 and the PSD95-β isoform was demonstrated showing specific heterodimerization of their N-terminal L27 domains. Additionally independent binding assays verified the association of MPP4 with recoverin and Hsc70. These interactions seem to be indirect and are presumably mediated by retina specific proteins in vivo. In summary, these findings support a protruding role for MPP4 as scaffolding protein for the organization of a protein complex of the photoreceptor synapses, which is involved in the regulation of Ca2+ homeostasis within the presynaptic terminals and eventually plays a role in synaptic vesicle exocytosis. The remaining co-precipitated proteins represented cytoskeletal constituents and components of different pathways and were probably unspecific contaminants. The MPP5 protein, a member of the evolutionarily conserved CRB protein complex, plays an important role in establishing and maintaining the apicobasal polarity of epithelial cells. Furthermore, this complex is essential for specific cell junctions between Müller glia cells and photoreceptors in the outer limiting membrane of the retina. Mutations that disrupt the function of this protein complex were reported to cause retinal defects in human (e.g. retinitis pigmentosa, Leber’s congenital amaurosis), mouse, zebrafish and fruit fly. The PDZ domain of MPP5 binds to the C-terminus of the CRB proteins. The present study aimed to analyze the consequences of a point mutation within the PDZ domain of MPP5 (V301N). In zebrafish, this mutation resulted in the loss of photoreceptor adhesion and in the disruption of retinal layers. It was demonstrated that the V301N mutation prevents the interaction between MPP5 and the three CRB isoforms. Additionally, heterologously expressed MPP5V301N mislocalizes in MDCK cells which furthermore develop an increased transepithelial resistance. Quantitative real-time PCR revealed decreased gene expression levels for subunits of the apical epithelial sodium channel (ENaC) and the basolateral Na+/K+-ATPase, supposedly causing the reduced ion movement through the cell layer. Thus, heterologously expressed MPP5V301N apparently has a dominant effect in MDCK cells which might be mediated by an influence on the gene expression of other yet unknown proteins. To further elucidate the MPP5V301N mutation in vivo, a knock in mouse line was generated. So far the characterization of these mice revealed no apparent phenotype for heterozygous animals, whereas homozygous mice were not viable. The presence of both mutant alleles presumably results in a rejection at early embryonic stages. The mouse model provides the basis to further analyze molecular consequences of MPP5V301N expression in the retina and other tissues and will contribute to enlighten the development of CRB1-MPP5-associated retinal diseases.
KW  - Netzhaut
KW  - Multiproteinkomplex
KW  - Domäne <Biochemie>
KW  - Ribbon-Synapse
KW  - Proteomanalyse
KW  - MPP4
KW  - PSD95
KW  - MPP5
KW  - ENaC
KW  - Na-K-ATPase
KW  - photoreceptor synapse
KW  - proteomic approach
KW  - multi protein complex
KW  - retina
KW  - PDZ domain
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37269
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herrmann, Petra
T1  - Entwicklung und Evaluierung neuer Methoden zur Analyse des Proteoms von Listeria monocytogenes in infizierten Wirtszellen
T1  - Development and evaluation of new methods to analyse the proteome of Listeria monocytogenes in infected host cells
N2  - In dieser Arbeit wurden neue Methoden zur Analyse des Proteoms von Listeria monocytogenes in infizierten Wirtszellen entwickelt und evaluiert. Proteomische Analysen können im Vergleich zu transkriptomischen Analysen durch Erfassung von Proteinmengen und eventuell auch posttranslationalen Modifikationen, sowie von Abbauprozessen ein genaueres Abbild des Funktionszustands einer Zelle unter unterschiedlichen Umweltbedingungen darstellen. Das Hauptproblem bei proteomischen Untersuchungen an in eukaryontischen Wirtszellen gewachsenen Bakterien, nämlich die Überlagerung des bakteriellen Proteinmusters durch die im Überschuss vorhandenen Wirtszellproteine, musste in dieser Arbeit überwunden werden. Es wurde eine Methode etabliert, intrazellulär gewachsene Bakterien über Bindung an paramagnetische Partikel („Beads“) und anschließende Magnetseparation selektiv von Wirtszellkomponenten abzutrennen. Dabei wurden drei Beads-Varianten mit unterschiedlicher Beschichtung gewählt: Dynabeads anti Listeria (Dynal, Oslo), Kieselgel &#61483; Magnetit Beads (MERCK in Entwicklung), Dynabeads M-270 Epoxy – CBD Beads (Beschichtung mit Phagenlysin Ply 118). Hierbei konnte nur für die Kieselgel + Magnetit Beads eine hinreichende Isolierungsrate für die Methode der 2-D-Gelelektrophorese von 6-7* 10**7 Listerien/ Zellkulturflasche erreicht werden. Im 2-D-Proteingel zeigte sich jedoch eine starke Streifenbildung, wodurch sich dieser Ansatz als nicht auswertbar erwies. In einem alternativen Ansatz gelang es, aus Infektionen an J774-Makrophagen, die Listerien mittels konsekutiver Waschschritte von Wirtszellproteinen aufzureinigen. Es konnten aus den Infektionen 30-50 µg listerielles Protein isoliert und zweidimensional aufgetrennt werden, wobei das Proteinpattern qualitativ eindeutig dem von in vitro gewachsenen Listeria monocytogenes entsprach. Auf diese Weise konnten 38 Proteine von Listeria monocytogenes, welche von Listerien während der Infektion in Makrophagen induziert oder reprimiert werden anhand der Deta-2-D Software identifiziert, quantifiziert und statistisch ausgewertet werden. Für einige der hier mittels der neu entwickelten Methode identifizierten Proteine konnte anhand der der vorliegenden Literatur (zu Transkriptom, Sekretom, Virulenz von Listeria) bereits eine Beteiligung am Virulenzgeschehen nachgewiesen werden. Zum jetzigen Zeitpunkt unterliegt die proteomische Analyse einigen Limitierungen, z.B. beim Nachweis von schwach exprimierten, stark alkalischen, stark hydrophoben, hochmolekularen und niedermolekularen Proteinen, so dass die derzeitige Methodik noch nicht das gesamte Proteom abdecken kann. Dass die „klassischen“ Virulenzfaktoren pathogener Listerien, Listeriolysin O (LLO), die Phospholipasen PlcA und PlcB, sowie ActA hier nicht erfasst wurden, ist darin begründet, dass es sich um sekretierte Proteine handelt. Besondere Bedeutung kommt der Beobachtung zu, dass nur in ganz wenigen Fällen (z.B. Pgm, ClpP, Pgi, TrxB, MurC) die nachgewiesenen intrazellulären Veränderungen der Proteinmenge mit den von anderen publizierten Transkriptionsdaten übereinstimmen. Diese Diskrepanzen stellen keine Artefakte dar, sondern sind durch intrazelluläre posttranskriptionelle Mechanismen begründet. Insgesamt zeigte auch diese Proteinanalyse , dass bei Replikation von Listeria monocytogenes im Cytosol eukaryontischer Wirtszellen zahlreiche komplexe Anpassungen von teils zentralen aber auch peripheren Stoffwechselwegen und Biosynthesen der Bakterien an dieses spezielle Milieu ablaufen.
N2  - In this thesis new methods to analyse the proteome of Listeria monocytogens in infected host cells have been developed. Proteomic analyses, in comparison to transcriptomic analysis, by their capacity to detect actual protein amounts and possibly post translational modifications as well as degradation processes are able to give a more precise picture of the functional status of a cell under diverse environmental conditions.The main problem of proteomic analyses, with bacteria grown inside eukaryotic host cells, the superimposition of the bacterial protein pattern by the exceedingly present host cell proteins had to be overcome. Methods have been established to selectively isolate intracellularly grown bacteria by binding to paramagnetic beads and subsequent magnetic separation from the host cell components. At this three differently coated types of beads [Dynabeads anti Listeria (Dynal, Oslo), silica gel &#61483; magnetite Beads (MERCK under way), Dynabeads M-270 Epoxy – CBD Beads (coated with phagolysine Ply 118)] have been used. At this it was only possible for the “Kieselgel + Magnetit Beads” to reach a sufficient isolation rate for the method of 2-D-electrophoresis of 6-7 * 10**7 Listeria/ cell culture flask. In the 2-D-proteingel there showed up a bad streaking whereby this approach proved not to be evaluable. In an alternative approach at infections of J774-macrophages it succeded to purify the listeria by consecutive washing steps out of the host cells. It was possible to isolate 30-50 µg listerial proteins out of infections in J774-macrophages and to have them two-dimensionally separated whereby the protein pattern qualitatively clearly matched that of in vitro grown Listeria monocytogenes. In such way it was possible to identify 38 proteins of Listeria monocytogenes, which have been induced or suppressed during the infections in macrophages and to have them identified, quantified and statistically evaluated with the Delta-2-D software. There was already evidence for some of the proteins that have been identified by the newly established method, on the basis of the present literature (on transcriptome, secretome, virulence of Listeria), for a participation in the course of infection. Up to now the proteomic analysis is subject to some restrictions for example in the detection of weakly expressed, strong alkaline, strong hydrophobic, high-molecular weight and low-molecular weight proteins so that the current methodology can not cover the whole proteome. That the “classic” virulence factors of pathogenic listeria, listeriolysin O (LLO), the phospholipases PlcA and PlcB, as well as ActA are not captured is caused by the fact that these proteins are secreted. Of particular importance is the observation that in very little cases (e.g. Pgm, ClpP, Pgi, TrxB, MurC) the detected intracellular changes in protein amount are consistent with the published transcription data. These discrepancies constitute no artefacts but are caused by intracellular posttranscriptional mechanisms. Altogether also this protein analysis reveals that during replication of Listeria monocytogenes in the eucaryotic host cell cytosol numerous complex adaptations of partly central but also peripheral metabolic pathways and biosyntheses to that specific milieu take place.
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Methode
KW  - Proteomanalyse
KW  - Zweidimensionale Elektrophorese
KW  - Virulenz
KW  - Infektion
KW  - Wirtszellen
KW  - J774-Makrophagen
KW  - paramagnetische Beads
KW  - Proteinidentifizierung
KW  - Quantifizierung
KW  - statistische Auswertung
KW  - methods
KW  - protein analysis
KW  - infection
KW  - virulence
KW  - statistical evaluation
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-37500
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klug, Michael
T1  - Phasenvariation bei Legionella pneumophila: Vergleichende Proteomanalyse von virulenten und avirulenten Legionella pneumophila-Stämmen unter Anwendung der zweidimensionalen Gelelektrophorese
T1  - Phase-variation of Legionella pneumophila: proteom analysis of virulent and avirulent Legionella pneumophila stocks by using two-dimensional gel-electrophoresis
N2  - Vergleichende Proteomanalyse eines avirulenten und virulenten Stammes von Legionella pneumophila Sg1 Subgruppe OLDA unter Anwendung der zweidimensionalen Gelelektrophorese. Die Stämme unterliegen einer spontanen LPS-Phasenvariation und unterscheiden sich phänotypisch in multiplen Eigenschaften. Es zeigten sich different exprimierte Proteine der Membranoberfläche, der LPS-Biosynthese und des Bakterienstoffwechsels.
N2  - Proteomanalysis of an avirulent and virulent stock of Legionella pneumophila Sg1 subgroup OLDA by using two-dimensional gelelektrophoresis. The stocks show LPS-phase-variation and differ phänotypical in many ways. We show different synthesised proteins of the bakterial membran, of the LPS-Biosynthesis and common bacterial biochemical ways.
KW  - Legionella pneumophila
KW  - Phasenvariation
KW  - Virulenz
KW  - Zweidimensionale Gelelektrophorese
KW  - Proteomanalyse
KW  - Legionella pneumophila
KW  - phase variation
KW  - virulence
KW  - two-dimensional gelelectrophoresis
KW  - protoemanalysis
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7464
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tribl, Florian
T1  - Isolierung und Charakterisierung Neuromelanin-assoziierter Proteine aus Neuromelanin-Granula des menschlichen Gehirns mittels subzellulärer Proteomanalyse
T1  - -
N2  - Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen Untersuchungen zur Bildung des Pigments Neuromelanin, das die Ursache für die dunkle Farbgebung der humanen Substantia nigra pars compacta ist. Eine Beteiligung von Neuromelanin an den pathobiochemischen Ereignissen bei Parkinson-Krankheit erklärt das klinische Interesse an Neuromelanin. Die Untersuchungsmöglichkeiten von Neuromelanin sind limitiert: einerseits ist eine chemische Strukturaufklärung aufgrund der Unlöslichkeit dieses amorphen Polymers kaum zu bewerkstelligen, andererseits wird mangels geeigneter biologischer Testsysteme ein Einblick in die Biogenese von Neuromelanin verwehrt. Zurzeit wird die Bildung von Neuromelanin anhand der beiden konkurrierenden Hypothesen als Autoxidation von Dopamin oder durch Beteiligung eines Enzyms („Tyrosinase-Konzept“) erklärt. In dieser Arbeit wurden beide hypothetischen Ansätze bearbeitet, wobei einer enzymatischen Biogenese von Neuromelanin die Präferenz gegeben wird. Zur globalen Untersuchung von Neuromelanin-Granula wurde nun erstmals eine Isolierung der Pigment-haltigen Organelle vorgestellt, die die Basis für eine umfassende Proteomanalyse mittels 1-D-SDS-PAGE und ESI-Tandem-Massenspektrometrie bildete. Mit diesem methodischen Ansatz wurden ingesamt 73 Proteinen identifiziert. Diese waren vor allem lysosomalen Proteinen zuordenbar, z.B. charakteristischen Membranproteinen (LAMP-1), sämtlichen Proteasen, Proteinen des Metabolismus von (Glyco-)Lipiden und Glycoproteinen, aber auch Proteinen des Cytosols und des vesikulären Verkehrs. Entscheidend war die Anwesenheit von Proteinen des Endoplasmatischen Reticulums (ER); Calnexin gilt als ein melanogenes Chaperon, das nicht in Lysosomen vorkommt, dagegen aber in Lysosomen-verwandten Organellen. Im Vergleich mit bereits existierenden Proteinprofilen von Lysosomen und Lysosomen-verwandten Organellen zeigten die in Neuromelanin-Granula identifizierten lysosomalen Proteine und Proteine des ER, dass diese Organellen der humanen Substantia nigra keine konventionellen Lysosomen sind, sondern mit hoher Wahrscheinlichkeit der Gruppe der Lysosomen-verwandten Organellen zuzuordnen sind.
N2  - This work focusses on the formation of the polyphenolic pigment neuromelanin, which accounts for the dark colour of the human substantia pars compacta. A contribution of neuromelanin to the patho-biochemical events in Parkinson’s disease is suggested, which is the reason for the clinical interest in this pigment. The analytical approaches to investigate neuromelanin are limited: on the one hand, an elucidation of the chemical structure is hardly possible to accomplish due to the insolubility of this amorphous polymer, on the other hand, the lack of appropriate biological test systems prevents insight into the biogenesis of neuromelanin. Currently the formation of neuromelanin is addressed by two competing hypotheses either by autoxidation of dopamine (“autoxidative concept”), or by contribution of an enzyme (“tyrosinase concept”). This work covered both hypothetical approaches, but the concept of an enzymatic biogenesis of neuromelanin is preferred. Aiming at a global analysis of these pigmented organelles, the isolation of neuromelanin granules was introduced for the first time, which formed the basis for an extensive proteomic analysis by 1-D SDS-PAGE and ESI tandem mass spectrometry. Subsequently, the analyses by mass spectrometry facilitated the identification of 73 proteins, most of which were attributable to lysosomal proteins, e.g. characterisitcal membrane proteins (LAMP-1), various proteases, proteins engaged in the metabolism og (glycol)-lipids and glycoproteins, but also cytosolic proteins and proteins involved in vesicular traffic. Intriguingly, there were proteins identified which originate form the endoplasmic reticulum (ER), most notably calnexin, a melanogenic chaperone, which is not found in lysosomes but in lysosome-related organelles. By comparison of yet existing protein profiles of lysosomes and lysosome-related organelles it became clear that neuromelanin granules from the human substatia nigra are no conventional lysosomes, but should rather be attributed to the group of lysosome-related organelles.
KW  - Melanin
KW  - Organell
KW  - Proteomanalyse
KW  - Parkinson-Krankheit
KW  - Proteom
KW  - Massenspektrometrie
KW  - Parkinson
KW  - Neuromelanin
KW  - Organelle
KW  - proteome
KW  - mass spectrometry
KW  - parkinson
KW  - neuromelanin
KW  - organelle
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-16117
ER  - 
TY  - THES
A1  - van Alen, Tessa
T1  - Vergleichende Proteomanalyse von Biofilmen und planktonischen Zellen bei dem humanen Infektionserreger Neisseria meningitidis
T1  - Comparative proteomic analysis of biofilms and planktonic cells of the human pathogen Neisseria meningitidis
N2  - Neisseria meningitidis ist ein humaner Infektionserreger, der Meningitis und Sepsis hervorruft. Das asymptomatische Trägertum im Nasenrachenraum ist entscheidend für die Übertragung des Bakteriums und dessen Interaktion mit dem menschlichen Wirt. Frühere Beobachtungen legen die Annahme nahe, dass Meningo¬kokken im Tonsillengewebe in einem biofilmähnlichen Stadium vorliegen. Daher werden in vitro Biofilme als Modell für das Trägertum verwendet. Expressionsunterschiede zwischen Biofilmen und planktonisch gewachsenen pathogenen Neisserien wurden in wenigen Transkriptomanalysen untersucht, während bisher keine Proteomanalysen durchgeführt wurden. Kartierungen des Proteoms und des Immunoproteoms von Meningokokken liegen allerdings vor. In dieser Studie wurde das Biofilmproteom des unbekapselten N. meningitidis Stammes WUE3671 im Vergleich zum Proteom der planktonisch gewachsenen Bakterien untersucht. Dazu wurde ein auf Silikonschläuchen basierendes Biofilmmodell mit kontinuierlichem Fluss etabliert. Es erfolgte eine Anreicherung bakterieller Biomasse über 48 h, wobei die kolonie-bildenden Einheiten bei 24 h ein Plateau erreichten. Licht- und Elektronen¬mikroskopie belegten die deutliche Zunahme der Biomasse über 48 h und zeigten zudem eine Struktur-ierung des 48 h Biofilms in eine apikale Region mit überwiegend vitalen Meningokokken und eine basale Region mit einer verstärkten Anzahl von Bakterien mit avitalem Erscheinungs-bild. Das Proteom von N. meningitidis Biofilmen, die 24 beziehungsweise 48 h gewachsen waren, wurde mit dem einer exponentiell gewachsenen planktonischen Kultur mit 2D-Gelelektro¬phorese verglichen. Unterschiedlich exprimierte Proteine wurden mit Massen-spektrometrie identifiziert und die Ergebnisse mit Spectral Counting und, wenn möglich, mit spezifischen Antikörpern abgesichert. Die Expression von ungefähr 2 % aller Proteinspots im Biofilm unterschied sich von der in planktonischen Zellen wenigstens um das 2-fache. Es wurden Veränderungen beobachtet, die mit einem Nährstoff- und Sauerstoffmangel sowie einer Zunahme von reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) in Verbindung gebracht werden können. Die Expression der Proteine SodC und MntC war im Biofilm deutlich erhöht, was mutmaßlich auf ROS im Biofilm zurückzuführen ist. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass MntC in der Tat essentiell für Biofilmwachstum, nicht aber für planktonisches Wachstum ist. Die Daten zu SodC und MntC legen die Hypothese nahe, dass Meningokokken im Biofilm trainiert werden mit Mediatoren des Immunsystems, wie ROS, umzugehen. Zudem wird NMB0573, ein Lrp-Homolog, als wesentlicher globaler Regulator für metabolische Anpassungen im Biofilm postuliert. Es konnte über die Proteomanalyse hinaus gezeigt werden, dass die Adhäsine Opc und Opa, die unter der Kontrolle von NMB0573 stehen, im Biofilm vermindert exprimiert werden.
N2  - Neisseria meningitidis is a human pathogen that causes meningitis and sepsis. Asymptomatic nasopharyngeal carriage is crucial for the transmission of the bacterium and its interaction with the human host. Previous observations led to the assumption that meningococci persist in the tonsillar tissue in a biofilm-like state. Therefore in vitro biofilms are used to model carriage. Despite successful mapping of the meningococcal proteome and immuno-proteome, no proteome and only a few transcription analyses investigated the differences between biofilm and planktonic growth in pathogenic Neisseria. This study investigated the biofilm proteome of the unencapsulated N. meningitidis strain WUE3671 in comparison to planktonically grown bacteria. A continuous flow biofilm model based on silicone tubes was established. There was an accumulation of bacterial biomass over 48 h with the number of colony forming units reaching a plateau at 24 h. Light- and electron microscopy confirmed biomass accumulation and revealed a structuring of the 48 h biofilm in an apical region with predominantly vital meningococci and a basal region with increased numbers of bacteria with avital appearance. The proteomes of N. meningitidis biofilms grown for 24 or 48 h, respectively and of exponentially grown planktonic cultures were compared by 2D-gelelectrophoresis. Differentially expressed proteins were identified by mass spectrometry. The results were confirmed by spectral counting and, if available, with specific antibodies. Approximately 2 % of all protein spots in the biofilm were at least 2 fold differentially expressed in comparison to planktonic cells. Changes related to nutrient and oxygen limitation and increase of reactive oxygen species (ROS) were observed. There was an increased expression of SodC and MntC in the biofilm that supposedly is caused by ROS in the biofilm. MntC was specifically required for meningococcal biofilm formation, but not for planktonic growth. Data for SodC and MntC suggest that meningococci in the biofilm are trained to cope with mediators of the immune system like ROS. Moreover, NMB0573, an Lrp-like global regulator, was implicated as a possible mediator of metabolic adaption in the biofilm. Independent of the proteome analysis, the NMB0573-dependent adhesions Opc and Opa were in addition shown to be down-regulated within the biofilm.
KW  - Biofilm
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Proteomanalyse
KW  - biofilm
KW  - Neisseria meningitidis
KW  - Proteom analysis
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-52463
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zdziarski, Jaroslaw
A1  - Brzuszkiewicz, Elzbieta
A1  - Wullt, Bjorn
A1  - Liesegang, Heiko
A1  - Biran, Dvora
A1  - Voigt, Birgit
A1  - Gronberg-Hernandez, Jenny
A1  - Ragnarsdottir, Bryndis
A1  - Hecker, Michael
A1  - Ron, Eliora Z.
A1  - Daniel, Rolf
A1  - Gottschalk, Gerhard
A1  - Hacker, Joerg
A1  - Svanborg, Catharina
A1  - Dobrindt, Ulrich
T1  - Host Imprints on Bacterial Genomes-Rapid, Divergent Evolution in Individual Patients
N2  - Bacteria lose or gain genetic material and through selection, new variants become fixed in the population. Here we provide the first, genome-wide example of a single bacterial strain’s evolution in different deliberately colonized patients and the surprising insight that hosts appear to personalize their microflora. By first obtaining the complete genome sequence of the prototype asymptomatic bacteriuria strain E. coli 83972 and then resequencing its descendants after therapeutic bladder colonization of different patients, we identified 34 mutations, which affected metabolic and virulence-related genes. Further transcriptome and proteome analysis proved that these genome changes altered bacterial gene expression resulting in unique adaptation patterns in each patient. Our results provide evidence that, in addition to stochastic events, adaptive bacterial evolution is driven by individual host environments. Ongoing loss of gene function supports the hypothesis that evolution towards commensalism rather than virulence is favored during asymptomatic bladder colonization.
KW  - Proteomanalyse
KW  - Bakterien
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-68594
ER  -