TY  - JOUR
A1  - Kasaragod, Prasad
A1  - Midekessa, Getnet B.
A1  - Sridhar, Shruthi
A1  - Schmitz, Werner
A1  - Kiema, Tiila-Riikka
A1  - Hiltunen, Jukka K.
A1  - Wierenga, Rik K.
T1  - Structural enzymology comparisons of multifunctional enzyme, type-1 (MFE1): the flexibility of its dehydrogenase part
JF  - FEBS Open Bio
N2  - Multifunctional enzyme, type-1 (MFE1) is a monomeric enzyme with a 2E-enoyl-CoA hydratase and a 3S-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase (HAD) active site. Enzyme kinetic data of rat peroxisomal MFE1 show that the catalytic efficiencies for converting the short-chain substrate 2E-butenoyl-CoA into acetoacetyl-CoA are much lower when compared with those of the homologous monofunctional enzymes. The mode of binding of acetoacetyl-CoA (to the hydratase active site) and the very similar mode of binding of NAD\(^+\) and NADH (to the HAD part) are described and compared with those of their monofunctional counterparts. Structural comparisons suggest that the conformational flexibility of the HAD and hydratase parts of MFE1 are correlated. The possible importance of the conformational flexibility of MFE1 for its biocatalytic properties is discussed.
KW  - biology
KW  - CoA
KW  - crotonase
KW  - dehydrogenase
KW  - NAD
KW  - substrate channeling
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-172732
VL  - 7
IS  - 12
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sauer, Elizabeta
T1  - NAD+-Abhängigkeit bei Pasteurellaceae : Charakterisierung der Nikotinamid-Ribosid-Aufnahme bei Haemophilus influenzae
T1  - "NAD+-dependence in Pasteurellaceae:characterisation of the nicotinamide riboside uptake in Haemophilus influenzae"
N2  - Haemophilus influenzae ist ein fakultativ anaerobes, Gram-negatives Bakterium aus der Familie der Pasteurellacaea. Das physiologische Merkmal von H. influenzae ist die essentielle, aber defiziente Hämin- und Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+) Biosynthese. Während Hämin für aerobes Wachstum benötigt wird, ist NAD+ sowohl für aerobes, als auch für anaerobes Wachstum essentiell. Als NAD+-abhängiger Organismus fehlen H. influenzae die meisten Enzyme für die NAD+-Biosynthese. Daher kann dieses Bakterium nur eine begrenzte Anzahl an Vorläufermolekülen, wie NAD+(P), Nikotinamid-Mono-Nukleotid (NMN) und Nikotinamid-Ribosid (NR) aus der Umwelt zur NAD+-Synthese nutzen. Andere NAD+-unabhängige Pasteurellacaea-Spezies, wie Haemophilus ducreyi, Pasteurella multocida und Actinobacillus actinomycetemcomitans, können auch kein NAD+ aus der de novo Biosynthese bereitstellen, diese Arten können aber zusätzlich auf Nikotinamid (NAm) wachsen. Die Erforschung des NAD+-Aufnahmesystems kann für die Entwicklung antimikrobieller Therapeutika von großem Interesse sein. Von unserer Arbeitsgruppe wurde die NAD+-Aufnahmeroute aufgeklärt; so werden NAD+(P) und NMN von e(P4) und NadN zu NR degradiert, nachdem NAD+ und NMN durch OmpP2 in das Periplasma gelangt sind. NR wird schließlich, als einziges Substrat, durch einen putativen Transporter in das Zytoplasma aufgenommen. In dieser Arbeit wurde der putative NR-Transporter als das hypothetische Gen HI1077.1 im Genom von H. influenzae identifiziert, welches nur 13,8% Identität zu Escherichia coli pnuC und 43,6% Identität zu P. multocida pnuC aufwies. Es konnten zwei Sequenzierungsfehler im original-annotierten Genom von H. influenzae gefunden werden, die zu einer Leserasterverschiebung geführt haben. HI1077.1 wurde zu pnuCHi reannotiert und weist nun eine 19,7% Identität zu pnuCEc und 71,4% Identität zu pnuCPm auf. Es wurde eine HI1077.1 Mutante konstruiert, die ein Wachstumsdefizit auf BHI-Platten bis zu einer NAD+-Konzentration von 15 mM bzw. unterhalb einer NR-Konzentration von 0,1 mM zeigte. Im Transport-Assay transportierte die HI1077.1 Mutante nur noch etwa 1% des eingesetzten NAD+- bzw. NR-Labels. Im Rattenversuch konnte gezeigt werden, dass das in vitro nicht essentielle pnuC in vivo sehr wohl essentiell ist. Die HI1077.1 Mutante verursachte, im Gegensatz zum Wildtyp und zur pnuC-Komplementante keine Bakteriämie mehr. Bei einer Komplementation mit NadV, kodierend für eine Nikotinamid-Phosphoribosyltransferase von H. ducreyi, wurde ebenfalls eine mit dem Wildtyp vergleichende Bakteriämie verursacht. Da bisher noch keine H. influenzae Isolate bekannt sind, die nadV besitzen, würde sich der hier identifizierte NR-Transporter von H. influenzae gut als antimikrobielles Ziel eignen. Die Protein-Topologie von PnuC wurde hinsichtlich der Membranlokalisation analysiert und PnuC konnte als ein Transmembranprotein bestätigt werden, das in der cytosolischen Membran lokalisiert ist. Durch PhoA und LacZ Analysen konnte die Topologie von PnuC aufgeklärt werden. Demnach besitzt PnuC acht Transmembrandomänen (TMD), wobei die N- und C-Termini im Cytosol lokalisiert sind. Die Analyse der strukturellen Funktion ergab, dass PnuC nur eine Unterbrechung der sechs letzten C-terminalen Aminosäuren (AS) toleriert, während die Proteinfunktion durch einen fusionierten C- und N-terminaler His-Tag nur mäsig beeinflusst wird. Des Weiteren wurde die Substratspezifität von PnuC untersucht. Dabei zeigte sich, dass der lange geglaubte NMN-Transporter von E. coli ebenfalls als NR-Transporter fungiert. Die Substratspezifität wurde auch bei A. actinomycetemcomitans und P. multocida untersucht. Es konnte festgestellt werden, dass A. actinomycetemcomitans und P. multocida ebenfalls als einziges Substrat NR transportieren können, aber im Gegensatz zu H. influenzae NAD+ und NMN nicht als NR-Quellen verwerten können, was wahrscheinlich auf das Fehlen von e(P4) und NadN zurückzuführen ist. Zusätzlich wurde in dieser Arbeit das Gen HI0308 untersucht. Um dem Aspekt der Energetisierung des PnuC-Transporters näher zu kommen, sind die Gencluster HI1078-HI1080 und HI0164-HI0171 in die Untersuchung mit einbezogen worden. Die Na+-NQR-Oxidoreduktase wurde im Hinblick ihrer Dehydrogenase-Aktivität genauer charakterisiert. Die Suche nach möglichen Inhibitoren von PnuC führte zu 3-Aminopyridin-Analoga. Durch eine Mutantenanalyse konnte gezeigt werden, dass 3-AADP, 3-AAD und 3-AmPR der selben Aufnahmeroute folgen wie NADP+, NAD+ und NR, und via PnuC in die Zelle aufgenommen werden. Darüber hinaus konnten wir nachweisen, dass NadR aus 3-AmPR und ATP das 3-AAD synthetisiert, welches als kompetitiver Inhibitor mit NAD+ in den zellulären Redoxreaktionen konkurriert und dadurch den Stoffwechsel hemmt. Des Weiteren wurden mehrere spontan 3-Aminopyridin-resistente H. influenzae Mutanten isoliert.
N2  - Haemophilus influenzae is a facultativ anaerobic, Gram-negative bacterium of the family of Pasteurellaceae. A physiological characteristic of H. influenzae is its essential but deficient hemin and NAD+ biosynthesis. While hemin is required for aerobic growth, NAD+ is essential for anaerobic and aerobic growth. As a NAD+ dependent organism H. influenzae lacks the enzymes for NAD+ biosynthesis and that is why it can only incorporate a limited number of precursor molecules, such as NAD+(P), NMN, and NR. Other NAD+-independent Pasteurellaceae such as Haemophilus ducreyi, Pasteurella multocida und Actinobacillus actinomycetemcomitans can grow on NAm, additionally to NR. Hence, the investigation of the NAD+ uptake system harbors some potential to be utilized for the development of antimicrobial therapeutics. Our laboratory has clarified the NAD+ uptake route; NAD+(P) and NMN are degraded by e(P4) and NadN to NR, after NAD+ and NMN reached the periplasm through OmpP2. Finally, NR is taken up in the cytoplasm through a putative transporter. In this study, the putative NR transporter was identified as the hypothetical gene HI1077.1 in the genome of H. influenzae, which showed only 13,8% identity to the pnuC of Escherichia coli and 43,6% identity to the pnuC of Pasteurella multocida. Two sequencing errors were found within the pnuC encoding region in the original annotated genome of H. influenzae, which produced frame shifts. After sequence correction HI1077.1 was re-annotated to pnuCHi now showing 19,7% identity to the pnuC of E. coli, and 71,4% identity to the pnuC of P. multocida. A knock-out mutation was constructed for HI1077.1, which showed a growth deficiency on BHI-plates, if supplemented with NAD+ on concentrations below 15 mM, and NR concentrations below 0,1 mM. In transport assay the HI1077.1 mutant only transported 1% of the provided NAD+ and NR label, respectively. In the rat model it could be shown that the pnuC knock-out mutation was essential. There in respect to bacterial growth in the animal model, the HI1077.1 mutant was not able to cause a bacteremia in contrast to the wild type and the pnuC-complemented mutant. When the mutant was complemented with nadV, encoding a nicotinamide phosphoribosyltransferase of H. ducreyi, bacteremia was maintained that was comparable with the one produced by the wild type. Since, so far there are no H. influenzae isolates known, which carry the nadV gene, hence the NR transporter serves for essential gene function and could be further investigated as a potential antimicrobial target. The topology of PnuC was also analysed. The localisation of PnuC was confirmed at the cytosolic membrane. The membrane topology of PnuC was resolved with the investigation of PhoA and LacZ insertion analysis. According to this, PnuC possesses eight transmembrane domains (TMD) with the N-and C-termini localized within the cytosole. The research of the structural function indicates that PnuC tolerates a truncation of the last six C-terminal amino acids, while the function of the protein was only moderately affected by fusions of a C- or N-terminal His-Tags. In addition, the substrate specificity of PnuC was investigated. Thereby, it was demonstrated that the NMN transporter in E. coli in fact acts as an NR transporter. The substrate specificity of A. pleuropneumoniae and P. multocida was also under examination. It was established that A. pleuropneumoniae and P. multocida can transport NR as the unique substrate. However, NAD+ and NMN could not serve as Substrats to deliver NR, raising the question, whether e(P4) or/and NadN function is present in these bacteria. Additionally, in this study the gene HI0308 was investigated. To approach the aspect of energizing the PnuC transporter and the residual low affinity NR uptake the gene cluster HI1078-HI1080 and HI0164-HI0171 were characterised. The Na+-NQR oxidoreductase was more precisely characterised with regard to the activity of the dehydrogenase. The search for putative inhibitors of PnuC yielded in the analysis of 3-aminopyridine analogs. In this work it was demonstrated, that 3-AADP, 3-AAD and 3-AmPR follow the same uptake route as NADP+, NAD+ and NR, and are taken up via PnuC into the cell. Furthermore, we were able to show that 3-AAD can be synthesized from 3-AmPR and ATP. 3-AAD most likely competes versus NAD+ in metabolic relevant redox reactions and thereby inhibits the biosynthesis rate of the cells. In addition, several 3-aminopyridin resistant H. influenzae mutants were isolated.
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD
KW  - Biosynthese
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD-Biosynthese
KW  - NR-Aufnahme
KW  - pnuC-Transporter
KW  - PnuC-Topologie
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD biosynthesis
KW  - NR uptake
KW  - pnuC transporter
KW  - PnuC topology
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-22190
ER  - 
TY  - THES
A1  - Merdanovic, Melisa
T1  - Charakterisierung von NadR : das essentielle Enzym der NAD-Synthese bei Haemophilus influenzae
T1  - Characterization of NadR: an essential enzyme of NAD synthesis in Haemophilus influenzae
N2  - I Zusammenfassung Haemophilus influenzae, ein Gram-negatives, Bakterium der Familie Pasteurellaceae, kann beim Menschen eine Vielzahl an Erkrankungen auslösen: Die bekapselte Stämme, v. a. mit Typ b Kapsel können Cellulitis, septische Arthritis, Epiglottitis und Meningitis verursachen. Die nicht-bekapselte Stämme können Otitis media, Sinusitis, Pneumonie und in selteneren Fällen Bakterämie verursachen. Ein besonderes Merkmal des Metabolismus von H. influenzae ist dessen Unfähigkeit Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+) de novo zu synthetisieren. Daher sind die Enzyme bzw. Transporter, die an NAD+ Aufnahme und Resynthese beteiligt sind, als putative antimikrobielle Ziele von Interesse. In unserer Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass NAD+ zu Nikotinamidribosyl degradiert werden muss, bevor es in die Zelle aufgenommen werden kann. Auch Proteine, die an der Degradation des exogenen NAD+ zu Nikotinamidribosyl und dessen anschließender Aufnahme in die Zelle verantwortlich sind, konnten identifiziert und charakterisiert werden. Wie Nikotinamidribosyl im Cytoplasma wiederum zu NAD+ synthetisiert wird, ist auch erst kürzlich geklärt worden: für NadR konnte sowohl eine Ribosyl-Nukleotid-Kinase (RNK) Aktivität als auch eine Nikotinamid-Mononukleotid-Adenylyltransferase (NMNAT) Aktivität in vitro gezeigt werden. Die Kristallstruktur von hiNadR im Komplex mit NAD+ wurde auch aufgeklärt. In dieser Arbeit sollte NadR, insbesondere dessen RNK Domäne, in vivo und in vitro näher charakterisiert werden. Um zu untersuchen, ob beide Domänen in vivo essentiell sind, wurden Deletionsmutanten erzeugt, bei welchen die komplette bzw. der C-terminale Teil der RNK Domäne fehlten. Diese Deletionen konnten im nadV+ Hintergrund erzeugt werden. Die Deletionen konnten in H. influenzae nur zusammen mit dem nadV-Gen transferiert werden oder alternativ nur in die Zellen, die mit pNadRKan Plasmid transformiert wurden. Dies verdeutlicht, dass nicht nur die NMNAT Domäne sondern auch die RNK Domäne bzw. sogar nur wenige C-terminal fehlende Aminosäuren des NadR Proteins essentiell für die Lebensfähigkeit von H. influenzae sind. Gleichzeitig zeigen diese Experimente, dass die RNK-Domäne in Anwesenheit von NadV redundant ist. Ein weiterer Phänotyp der RNK-Deletionsmutante zeigte sich beim Nikotinamidribosyl-Transport. Im Gegensatz zum Wt, welcher ca. 60-80% des 14C-Nikotinamidribosyls aufnahm, konnte für die RNK-Deletionsmutante nur 2-5% Aufnahme gemessen werden. Dies konnte durch das pNadRKan Plasmid komplementiert werden. Weiterhin wurde festgestellt, dass spontan Aminopyridin-resistente H. influenzae Zellen Mutationen im nadR Gen haben, insbesondere im Walker A-Motif (P-Loop) der RNK Domäne. Zusätzlich konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass NadR aus Aminopyridin und ATP Aminopyridin-Adenin-Dinukleotid synthetisieren kann. Somit konnte gezeigt werden, dass die wachstumshemmende Wirkung eigentlich durch das aus Aminopyridin synthetisierte Aminopyridin-Adenin-Dinukleotid entsteht, welches NAD+ in Redox-Reaktionen verdrängt, wodurch es letztendlich zum Stillstand des Metabolimus kommt. Durch Einführen von gezielten AS-Substitutionen im Walker A und B Motif und in der LID-Domäne von NadR, konnten einige Aminosäuren identifiziert werden, welche essentiell für die Aktivität der RNK Domäne sind. Alle Aminosäuren-Substitutionen führten zum Verlust der RNK Aktivität, die NMNAT Aktivität jedoch war nicht beeinträchtigt. Desweiteren wurden diese NadR Punktmutanten in vivo untersucht. Für alle konnte eine signifikante Defizienz in der Nikotinamidribosyl-Aufnahme beobachtet werden, die gemessene Aufnahme lag im Bereich der RNK-Deletionsmutante. Dadurch konnte eine direkte Korrelation zwischen der RNK Aktivität und der Nikotinamidribosyl-Aufnahme gezeigt werden. In weiteren in vitro Experimenten konnte für NadR eine Feedback-Inhibition durch das NAD+ gezeigt werden, wobei NAD+ in erster Linie die RNK Domäne von NadR inhibiert. Eine graduelle Erhöhung der NAD+ Konzentration führte in den in vitro Assays zu einer graduellen Abnahme der RNK. Bei der NMNAT Aktivität jedoch zeigte sich keine signifikante Inhibition in Anwesenheit von NAD+. Begleitende in vivo Experimente, zeigten eine 2/3 Reduktion der Nikotinamidribosyl-Aufnahme bei den Zellen, die mit NAD+ inkubiert wurden, d. h. höhere intrazelluläre NAD+ Konzentration hatten. Für die genauere Analyse der Feedback-Inhibition durch NAD+ wurden weitere Punktmutanen hergestellt. Bei zwei der Punktmutanten wurde eine Beeinträchtigung der NadR-Aktivität beobachtet, daher wurden diese Punktmutanten von weiteren Analysen im Bezug auf NAD+-Feedback Inhibition ausgeschlossen. Eine Mutante (NadRW256F) jedoch, zeigte ähnliche Aktivität wie das Wt-NadR. In Anwesenheit von NAD+ wurde die RNK Aktivität dieser Punktmutante, im Gegensatz zum Wt-Protein, kaum gehemmt. Dadurch konnte W256 als eine der Aminosäuren identifiziert werden, die an der Vermittlung der NAD+-bedingten Inhibition der RNK-Domäne beteiligt ist.
N2  - I Summary Haemophilus influenzae, a gram-negative human pathogen belonging to a family of Pasteurellaceae is a causative agent of several distinct diseases. Whereas capsulated strains, particulary those with tybe b capsule can cause severe invasive infections such as cellulitis, septic arthrithis, epiglottitis and meningitis, non-capsulated strains generally tend to cause localized disease including otitis media, sinusitis, pneumonia and in rare cases bacteremia. The inability to synthesize NAD+ de novo is one of the hallmarks of H. influenzae metabolism, therefore proteins involved in NAD+ uptake and utilization respresent interesting putative targets for development of novel antimicrobial treatment. In our lab we were able to show, that prior to uptake, NAD+ has to be degraded to NR. Several proteins involved in NAD+ degradation and NR uptake were identified and characterized: OmpP2 (an outer-membrane porin), e(P4) (a membrane-bound acid phosphoesterase), NadN (a periplasmatic nucleotidase) and PnuC (a nicotinamidribosyl transporter localized in inner membrane). Enzyme responsible for resynthesis of nicotinamidribosyl to NAD+ was recently found to be NadR: A bifunctional protein containing a nicotinamidribosyl kinase (RNK) and a nicotinamid mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT) activity, both of which were confirmed in vitro. Also, the crystal structure of NadR complexed with NAD+ was recently resolved. The aim of this work was to characterize the in vivo function of NadR, particular interest was laid on the characterization of the nicotinamidribosyl kinase domain. To test if both domains of NadR are essential for survival, deletion mutants lacking the entire RNK domain and the C-terminal 58 amino acids were constructed. Initially, these mutants were made in a H. influenzae strain which contains a chromosomal copy of H. ducreyi nadV gene. In following transformation experiments, transfer of the RNK deletion mutants to H. influenzae strain was always accompanied with an nadV transfer as well. Only in strain containing pNadRKan plasmid, no nadV transfer along with RNK-deletions took place. Indirectly, this shows that not only the entire RNK domain is essential for H. influenzae, but also the last 58 amino acids as well. It also shows that in presence of NadV the RNK domain is redundant. RNK deletion mutant displayed a significant deficiency in nicotinamidribosyl transport as well: whereas the Wt strain can accumulate up to 80% of 14C labeled nicotinamidribosyl, RNK mutant is able to accumulate only 2-5%. Introduction of pNadRKan plasmid to RNK mutant restored transport efficiency to Wt level. Studies using spontanous 3-aminopyridine (3-AmPR) resistant H. influenzae isolates, revealed that almost all 3-AmPR resistant isolates have mutations in the nadR gene. A clustering of mutations in Walker A motif of the RNK domain could be observed. Further studies represented in this work, show that 3-AmPR can act as a subtrate for NadR, therefore in ATP consuming reactions aminopyridine-adenindinucleotide can be synthesized. Intracellular aminopyridine-adenindinucleotide replaces NAD+ in redox reactions, which ultimately leads to inhibition of cell metabolism, thereby explaining the mechanism of 3-AmPR based growth inhibition. Using site-directed mutagenesis to introduce amino acid substitutions in distinct parts of the NadR-RNK domain, active sites of the RNK domain were revealed and amino acids essential for the RNK activity were identified. These defined amino acid exchanges resulted in loss of the RNK activity in vitro, but had no effect on the NMNAT activity, which remained intact in these mutant variants of NadR. Following in vivo studies revealed that all mutant NadR proteins caused a severe nicotinamidribosyl uptake deficiency, similar to the one observed in the RNK deletion mutant. Therefore, a direct correlation between the RNK activity and nicotinamidribosyl uptake was shown. Further in vitro studies revealed a feedback inhibition of NadR by NAD+, especially for the RNK domain. In case of RNK domain a gradual increase of NAD+ concentration led to gradual decrease in RNK activity. In contrast, for NMNAT domain no significant inhibition in the presence of NAD+ was observed. Also, in in vivo experiments a 3 fold reduction of nicotinamidribosyl uptake rate was observed when intracellular NAD+ concentrations were higher. To adress the mechanism of NAD+ feedback inhibition, once again, distinct amino acid exchanges were introduced. In vitro, two of the mutant proteins were impaired in their activity, especially if lower protein contrations were used. Therefore, further test concerning inhibtion were not preformed with these mutants. However, a W256F protein displayed activity similar to that of the native protein and furthermore was not inhibited in presence of NAD+. This indicates an involvement of the amino acid W256 in mediating the NAD+ dependent feedback inhibition on NadR activity.
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD
KW  - Synthese
KW  - NAD
KW  - Enzym
KW  - Synthese
KW  - Haemophilus
KW  - influenzae
KW  - NAD
KW  - enzyme
KW  - synthesis
KW  - Haemophilus
KW  - influenzae
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14907
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kemmer, Gabriele
T1  - Charakterisierung der initialen Aufnahme des Kofaktors V (NAD) bei Haemophilus influenzae
T1  - Characterization of the initial uptake of the cofactor V (NAD) in Haemophilus influenzae
N2  - H. influenzae ist ein fakultativ anaerobes, Gram-negatives Bakterium und wird in die Familie der Pasteurellacaea eingeordnet. Das Bakterium zeigt Auxotrophien für Hämin unter aeroben Bedingungen und für Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD) bei aeroben wie anaeroben Wachstum. Es können zwei Unterarten unterschieden werden: die bekapselten Stämme, die systemische Erkrankungen hervorrufen und die unbekapselten bzw. nicht-typisierbaren Stämme, die für Oberflächeninfektionen verantwortlich sind. Da bei H. influenzae bisher nur wenig über die NAD-Aufnahme bekannt war, sollten in dieser Arbeit Proteine identifiziert und charakterisiert werden, die an der NAD-Aufnahme beteiligt sind. Das Außenmembranprotein e(P4), kodiert von dem hel-Gen, wurde als eine Komponente des Häminaufnahmesystems beschrieben. In dieser Arbeit wurde eine hel-Deletionsmutante hergestellt, anhand der nachgewiesen wurde, daß e(P4) als saure Phosphatase nicht an der Hämin-, sondern an der NAD-Aufnahme beteiligt ist. Mit Hilfe von verschiedenen Phosphatase-Assays und dem Malat-Enzym-Assay konnten NADP und Nikotinamid-Mononukleotid (NMN) als physiologisch relevante Substrate identifiziert werden. Die biologische Relevanz von e(P4) für die NAD-Aufnahme wurde durch Mutantenanalyse in Wachstumstests und Transport-Assays nachgewiesen. Es wurde gezeigt, daß die hel-Deletionsmutante mit NAD und NMN ein signifikantes Wachstumsdefizit hatte und nicht fähig war, beide Nikotinamid-Nukleotid-Quellen aufzunehmen, während die Nutzung von Nikotinamid-Ribosyl (NR) keinen Unterschied zum Wildtyp aufwies. Um die Frage zu klären, ob die Lokalisation von e(P4) als Lipoprotein an der Außenmembran wichtig für die NMN-Spaltung ist, wurden zwei Mutanten hergestellt, bei denen im hel-Gen der Lipidanker Cystein durch ein Glycin ausgetauscht wurde, um das Protein im Periplasma zu exprimieren. Die Periplasma-Extrakte dieser Cystein-Mutanten zeigten in Phosphatase-Assays keine Aktivität. Um zu untersuchen, ob die Phosphatase-Aktivität die einzige für die NAD-Aufnahme relevante Funktion von e(P4) ist, wurden Phosphatase-Mutanten hergestellt und charakterisiert. Sie exprimierten ein mutiertes e(P4)-Protein, das durch einen Aminosäureaustausch die Phosphatase-Aktivität verloren hatte. Es zeigte sich, daß die Phänotypen der Phosphatase-Mutanten in Bezug auf die Fähigkeit NMN zu spalten, NAD und NMN aufzunehmen und als Faktor V-Quelle zum Wachstum zu nutzen, exakt mit den Phänotypen der Deletionsmutante korrelierten. Es konnten daher keine weiteren Funktionen von e(P4) festgestellt werden. Das periplasmatische Protein NadN wurde als Pyrophosphatase beschrieben, die fähig ist, NAD zu NMN zu hydrolysieren. Weiter wurde eine 5´-Nukleotidase-Aktivität nachgewiesen, mit der NadN NMN zu NR dephosphorylieren kann. Die Relevanz von NadN für die NAD-Aufnahme wurde anhand einer nadN-Knockout-Mutante untersucht. In Wachstumskurven und Transport-Assays zeigte sich, daß die nadN-Mutante nicht fähig war, NAD aufzunehmen und zum Wachstum zu verwenden. Auch die Nutzung von NMN war bei der Mutante eingeschränkt, während mit NR als Faktor V-Substrat kein Unterschied zum Stamm Rd erkennbar war. Durch die Charakterisierung einer hel nadN-Doppelmutante konnte nachgewiesen werden, daß keine weiteren Enzyme außer e(P4) und NadN an der Prozessierung von NAD zu NR beteiligt sind. Es zeigte sich auch, daß nur NR über einen putativen Transporter ins Zytoplasma aufgenommen wird. Das Protein OmpP2 stellt ein Hauptporin der äußeren Membran dar. Durch eine ompP2-Deletionsmutante konnte mit Hilfe von Wachstumskurven und Transport-Assays nachgewiesen werden, daß NAD, NMN und NR durch diese Pore ins Periplasma diffundieren.
N2  - H. influenzae is a facultativ anaerobic, Gram-negative bacterium and belongs to the familiy of Pasteurellaceae. This bacterium shows auxotrophies for hemin under aerobic conditions and for nicotinamid adenine dinucleotide (NAD) at aerobic and anaerobic growth. Two subspecies are distinguishable: the encapsulated strains, the causative agents for systemic and invasive diseases and the unencapsulated or nontypeable strains, responsible for inflammation of the respiratory tract. In H. influenzae little is known about the utilization of NAD, therefore this work was aimed to identify and characterize gene products which are involved in the uptake of NAD. The outer membrane protein e(P4), encoded by the gene hel, was described as a component of the hemin uptake system. In this work a hel deletion mutant was constructed to proof that the acid phosphatase e(P4) is not involved in the uptake of hemin but in the uptake of NAD. With the aid of different phosphatase assays and the maleic enzyme assay NADP and NMN could be identified as the physiological relevant substrates. The biological relevance of e(P4) was proofed by mutant analysis in growth tests and transport assays. It was shown that the hel deletion mutant had a significant growth deficiency with NAD and NMN and was not able to take up both nicotinamide nucleotide sources, whereas the utilization of nicotinamide ribosyl (NR) showed no difference compared to the wildtype. To address the question, wether the localization of the lipoprotein e(P4) at the outer membrane is important for the hydrolysis of NMN, two mutants were constructed which had a Cystein-Glycin replacement in the lipid anchor of the hel gene to express the protein in the periplasm. The periplasm extracts of these Cystein mutants showed no activity in phosphatase assays. To investigate wether the phosphatase acitivty of e(P4) is the only relevant function for the uptake of NAD, phosphatase mutants were constructed and characterized. They expressed a mutated e(P4) protein which had lost the phosphatase activity by an amino acid replacement. The phenotypes of the phosphatase mutants correlated exactly with the phenotype of the deletion mutant concerning the ability to cleave NMN, to take up NAD and NMN and to use them as factor V sources. The periplasmic protein NadN was described as a pyrophosphatase which is able to hydrolase NAD to NMN. Further a 5´-nucleotidase function was identified enabling NadN to dephosphorylate NMN to NR. The relevance of NadN for the utilization of NAD was investigated with a nadN knockout mutant. Growth curves and transport assays revealed that the nadN mutant was not able to take up NAD and to use it for growth. The utilization of NMN was reduced, whereas the utilization of NR showed no difference compared to the wildtype. By characterizing a hel nadN double mutant it was shown that no further enzymes than e(P4) and NadN are involved in the processing of NAD to NR and that only NR is taken up into the cytoplasm through a putativ transporter. The protein OmpP2 is the major porin of the outer membrane. Growth curves and transport assays with an ompP2 deletion mutant revealed that NAD, NMN and NR diffuse through this porin into the periplasm.
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD
KW  - Pyrophosphatase
KW  - 5`-Nukleotidase
KW  - Haemophilus influenzae
KW  - NAD
KW  - pyrophosphatase
KW  - 5`-nucleotidase
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1548
ER  -