@phdthesis{Schmidt2015,
  author    = {Schmidt, Andreas},
  title     = {Charakterisierung der Lipopolysaccharid-Bindungseigenschaften von Adh{\"a}sionsproteinen aus Salmonella-Bakteriophagen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-79529},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {VIII, 114},
  year      = {2015},
  abstract  = {Die Interaktionen von komplexen Kohlenhydraten und Proteinen sind ubiquit{\"a}r. Sie spielen wichtige Rollen in vielen physiologischen Prozessen wie Zelladh{\"a}sion, Signaltransduktion sowie bei viralen Infektionen. Die molekularen Grundlagen der Interaktion sind noch nicht komplett verstanden. Ein Modellsystem f{\"u}r Kohlenhydrat-Protein-Interaktionen besteht aus Adh{\"a}sionsproteinen (Tailspikes) von Bakteriophagen, die komplexe Kohlenhydrate auf bakteriellen Oberfl{\"a}chen (O-Antigen) erkennen. Das Tailspike-Protein (TSP), das in dieser Arbeit betrachtet wurde, stammt aus dem Bakteriophagen 9NA (9NATSP). 9NATSP weist eine hohe strukturelle Homologie zum gut charakterisierten TSP des Phagen P22 (P22TSP) auf, bei einer niedriger sequenzieller {\"A}hnlichkeit. Die Substratspezifit{\"a}ten beider Tailspikes sind {\"a}hnlich mit Ausnahme der Toleranz gegen{\"u}ber den glucosylierten Formen des O-Antigens. Die Struktur der beiden Tailspikes ist bekannt, sodass sie ein geeignetes System f{\"u}r vergleichende Bindungsstudien darstellen, um die strukturellen Grundlagen f{\"u}r die Unterschiede der Spezifit{\"a}t zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ELISA-like tailspike adsorption assay (ELITA) etabliert, um Binderpaare aus TSPs und O-Antigen zu identifizieren. Dabei wurden 9NATSP und P22TSP als Sonden eingesetzt, deren Bindung an die intakten, an die Mikrotiterplatte adsorbierten Bakterien getestet wurde. Beim Test einer Sammlung aus 44 Salmonella-St{\"a}mmen wurden St{\"a}mme identifiziert, die bindendes O-Antigen exprimieren. Gleichzeitig wurden Unterschiede in der Bindung der beiden TSPs an Salmonella-St{\"a}mme mit gleichem O-Serotyp beobachtet. Die Ergebnisse der ELITA-Messung wurden qualitativ durch eine FACS-basierte Bindungsmessung best{\"a}tigt. Zus{\"a}tzlich erm{\"o}glichte die FACS-Messung bei St{\"a}mmen, die teilweise modifizierte O-Antigene herstellen, den Anteil an Zellen mit und ohne Modifikation zu erfassen. Die Oberfl{\"a}chenplasmonresonanz (SPR)-basierten Interaktionsmessungen wurden eingesetzt, um Bindungsaffinit{\"a}ten f{\"u}r eine TSP-O-Antigen Kombination zu quantifizieren. Daf{\"u}r wurden zwei Methoden getestet, um die Oligosaccharide auf einem SPR-Chip zu immobilisieren. Zum einen wurden die enzymatisch hergestellten O-Antigenfragmente mit einem bifunktionalen Oxaminadapter derivatisiert, der eine prim{\"a}re Aminogruppe f{\"u}r die Immobilisierung bereitstellt. Ein Versuch, diese Oligosaccharidfragmente zu immobilisieren, war jedoch nicht erfolgreich. Dagegen wurde das nicht derivatisierte Polysaccharid, bestehend aus repetitivem O-Antigen und einem konservierten Kernsaccharid, erfolgreich auf einem SPR-Chip immobilisiert. Die Immobilisierung wurde durch Interaktionsmessungen mit P22TSP best{\"a}tigt. Durch die Immobilisierung des Polysaccharids sind somit quantitative SPR-Bindungsmessungen mit einem polydispersen Interaktionspartner m{\"o}glich. Eine Auswahl von Salmonella-St{\"a}mmen mit einer ausgepr{\"a}gt unterschiedlichen Bindung von 9NATSP und P22TSP im ELITA-Testsystem wurde hinsichtlich der Zusammensetzung des O-Antigens mittels HPLC, Kapillargelelektrophorese und MALDI-MS analysiert. Dabei wurden nicht-st{\"o}chiometrische Modifikationen der O-Antigene wie Acetylierung und Glucosylierung detektiert. Das Ausmaß der Glucosylierung korrelierte negativ mit der Effizienz der Bindung und des Verdaus durch die beiden TSPs, wobei der negative Effekt bei 9NATSP weniger stark ausgepr{\"a}gt war als bei P22TSP. Dies stimmt mit den Literaturdaten zu Infektivit{\"a}tsstudien mit 9NA und P22 {\"u}berein, die mit St{\"a}mmen mit vergleichbaren O-Antigenvarianten durchgef{\"u}hrt wurden. Die Korrelation zwischen der Glucosylierung und Bindungseffizienz konnte strukturell interpretiert werden. Auf Grundlage der O-Antigenanalysen sowie der Ergebnisse der ELITA- und FACS-Bindungstests wurden die Salmonella-St{\"a}mme Brancaster und Kalamu identifiziert, die ann{\"a}hernd quantitativ glucosyliertes O-Antigen exprimieren. Damit eignen sich diese St{\"a}mme f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Studien, um die Zusammenh{\"a}nge zwischen der Spezifit{\"a}t und der Organisation der Bindestellen der beiden TSPs zu untersuchen.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Barbirz2005,
  author    = {Barbirz, Stefanie},
  title     = {Konservierte Struktur bei genetischer Mosaizit{\"a}t : die Tailspike Proteine dreier Phagen der Familie Podviridae},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6885},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Die Tailspike Proteine (TSP) der Bakteriophagen P22, Sf6 und HK620 dienen der Erkennung von Kohlenhydratstrukturen auf ihren gram-negativen Wirtsbakterien und zeigen, von den ersten 110 Aminos{\"a}uren des N-Terminus abgesehen, keine Sequenz{\"u}bereinstimmung. Mit R{\"o}ntgenkristallstrukturanalyse konnte gezeigt werden, dass HK620TSP und Sf6TSP ebenfalls zu einer parallelen, rechtsg{\"a}ngigen beta-Helix falten, wie dies schon f{\"u}r P22TSP bekannt war. Die Kohlenhydratbindestelle ist bei Sf6TSP im Vergleich zu P22TSP zwischen die Untereinheiten verschoben.},
  subject      = {Bakteriophagen},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Andres2012,
  author    = {Andres, Dorothee},
  title     = {Biophysical chemistry of lipopolysaccharide specific bacteriophages},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-59261},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Carbohydrate recognition is a ubiquitous principle underlying many fundamental biological processes like fertilization, embryogenesis and viral infections. But how carbohydrate specificity and affinity induce a molecular event is not well understood. One of these examples is bacteriophage P22 that binds and infects three distinct Salmonella enterica (S.) hosts. It recognizes and depolymerizes repetitive carbohydrate structures of O antigen in its host´s outer membrane lipopolysaccharide molecule. This is mediated by tailspikes, mainly β helical appendages on phage P22 short non contractile tail apparatus (podovirus). The O antigen of all three Salmonella enterica hosts is built from tetrasaccharide repeating units consisting of an identical main chain with a distinguished 3,6 dideoxyhexose substituent that is crucial for P22 tailspike recognition: tyvelose in S. Enteritidis, abequose in S. Typhimurium and paratose in S. Paratyphi. In the first study the complexes of P22 tailspike with its host's O antigen octasaccharide were characterized. S. Paratyphi octasaccharide binds less tightly (ΔΔG≈7 kJ/mol) to the tailspike than the other two hosts. Crystal structure analysis of P22 tailspike co crystallized with S. Paratyphi octasaccharides revealed different interactions than those observed before in tailspike complexes with S. Enteritidis and S. Typhimurium octasaccharides. These different interactions occur due to a structural rearrangement in the S. Paratyphi octasaccharide. It results in an unfavorable glycosidic bond Φ/Ψ angle combination that also had occurred when the S. Paratyphi octasaccharide conformation was analyzed in an aprotic environment. Contributions of individual protein surface contacts to binding affinity were analyzed showing that conserved structural waters mediate specific recognition of all three different Salmonella host O antigens. Although different O antigen structures possess distinct binding behavior on the tailspike surface, all are recognized and infected by phage P22. Hence, in a second study, binding measurements revealed that multivalent O antigen was able to bind with high avidity to P22 tailspike. Dissociation rates of the polymer were three times slower than for an octasaccharide fragment pointing towards high affinity for O antigen polysaccharide. Furthermore, when phage P22 was incubated with lipopolysaccharide aggregates before plating on S. Typhimurium cells, P22 infectivity became significantly reduced. Therefore, in a third study, the function of carbohydrate recognition on the infection process was characterized. It was shown that large S. Typhimurium lipopolysaccharide aggregates triggered DNA release from the phage capsid in vitro. This provides evidence that phage P22 does not use a second receptor on the Salmonella surface for infection. P22 tailspike binding and cleavage activity modulate DNA egress from the phage capsid. DNA release occurred more slowly when the phage possessed mutant tailspikes with less hydrolytic activity and was not induced if lipopolysaccharides contained tailspike shortened O antigen polymer. Furthermore, the onset of DNA release was delayed by tailspikes with reduced binding affinity. The results suggest a model for P22 infection induced by carbohydrate recognition: tailspikes position the phage on Salmonella enterica and their hydrolytic activity forces a central structural protein of the phage assembly, the plug protein, onto the host´s membrane surface. Upon membrane contact, a conformational change has to occur in the assembly to eject DNA and pilot proteins from the phage to establish infection. Earlier studies had investigated DNA ejection in vitro solely for viruses with long non contractile tails (siphovirus) recognizing protein receptors. Podovirus P22 in this work was therefore the first example for a short tailed phage with an LPS recognition organelle that can trigger DNA ejection in vitro. However, O antigen binding and cleaving tailspikes are widely distributed in the phage biosphere, for example in siphovirus 9NA. Crystal structure analysis of 9NA tailspike revealed a complete similar fold to P22 tailspike although they only share 36 \% sequence identity. Moreover, 9NA tailspike possesses similar enzyme activity towards S. Typhimurium O antigen within conserved amino acids. These are responsible for a DNA ejection process from siphovirus 9NA triggered by lipopolysaccharide aggregates. 9NA expelled its DNA 30 times faster than podovirus P22 although the associated conformational change is controlled with a similar high activation barrier. The difference in DNA ejection velocity mirrors different tail morphologies and their efficiency to translate a carbohydrate recognition signal into action.},
  language  = {en}
}