Dokument-ID Dokumenttyp Verfasser/Autoren Herausgeber Haupttitel Abstract Auflage Verlagsort Verlag Erscheinungsjahr Seitenzahl Schriftenreihe Titel Schriftenreihe Bandzahl ISBN Quelle der Hochschulschrift Konferenzname Quelle:Titel Quelle:Jahrgang Quelle:Heftnummer Quelle:Erste Seite Quelle:Letzte Seite URN DOI Abteilungen OPUS4-43497 misc Riedel, Simona; Siemiatkowska, Beata; Watanabe, Mutsumi; Müller, Christina S.; Schünemann, Volker; Hoefgen, Rainer; Leimkühler, Silke The ABCB7-Like Transporter PexA in Rhodobacter capsulatus Is Involved in the Translocation of Reactive Sulfur Species The mitochondrial ATP-binding cassette (ABC) transporters ABCB7 in humans, Atm1 in yeast and ATM3 in plants, are highly conserved in their overall architecture and particularly in their glutathione binding pocket located within the transmembrane spanning domains. These transporters have attracted interest in the last two decades based on their proposed role in connecting the mitochondrial iron sulfur (Fe-S) cluster assembly with its cytosolic Fe-S cluster assembly (CIA) counterpart. So far, the specific compound that is transported across the membrane remains unknown. In this report we characterized the ABCB7-like transporter Rcc02305 in Rhodobacter capsulatus, which shares 47% amino acid sequence identity with its mitochondrial counterpart. The constructed interposon mutant strain in R. capsulatus displayed increased levels of intracellular reactive oxygen species without a simultaneous accumulation of the cellular iron levels. The inhibition of endogenous glutathione biosynthesis resulted in an increase of total glutathione levels in the mutant strain. Bioinformatic analysis of the amino acid sequence motifs revealed a potential aminotransferase class-V pyridoxal-50-phosphate (PLP) binding site that overlaps with the Walker A motif within the nucleotide binding domains of the transporter. PLP is a well characterized cofactor of L-cysteine desulfurases like IscS and NFS1 which has a role in the formation of a protein-bound persulfide group within these proteins. We therefore suggest renaming the ABCB7-like transporter Rcc02305 in R. capsulatus to PexA for PLP binding exporter. We further suggest that this ABC-transporter in R. capsulatus is involved in the formation and export of polysulfide species to the periplasm. 2019 10 Postprints der Universität Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe 740 urn:nbn:de:kobv:517-opus4-434975 10.25932/publishup-43497 Institut für Biochemie und Biologie OPUS4-43496 Wissenschaftlicher Artikel Riedel, Simona; Siemiatkowska, Beata; Watanabe, Mutsumi; Müller, Christina S.; Schünemann, Volker; Hoefgen, Rainer; Leimkühler, Silke The ABCB7-Like Transporter PexA in Rhodobacter capsulatus Is Involved in the Translocation of Reactive Sulfur Species The mitochondrial ATP-binding cassette (ABC) transporters ABCB7 in humans, Atm1 in yeast and ATM3 in plants, are highly conserved in their overall architecture and particularly in their glutathione binding pocket located within the transmembrane spanning domains. These transporters have attracted interest in the last two decades based on their proposed role in connecting the mitochondrial iron sulfur (Fe-S) cluster assembly with its cytosolic Fe-S cluster assembly (CIA) counterpart. So far, the specific compound that is transported across the membrane remains unknown. In this report we characterized the ABCB7-like transporter Rcc02305 in Rhodobacter capsulatus, which shares 47% amino acid sequence identity with its mitochondrial counterpart. The constructed interposon mutant strain in R. capsulatus displayed increased levels of intracellular reactive oxygen species without a simultaneous accumulation of the cellular iron levels. The inhibition of endogenous glutathione biosynthesis resulted in an increase of total glutathione levels in the mutant strain. Bioinformatic analysis of the amino acid sequence motifs revealed a potential aminotransferase class-V pyridoxal-50-phosphate (PLP) binding site that overlaps with the Walker A motif within the nucleotide binding domains of the transporter. PLP is a well characterized cofactor of L-cysteine desulfurases like IscS and NFS1 which has a role in the formation of a protein-bound persulfide group within these proteins. We therefore suggest renaming the ABCB7-like transporter Rcc02305 in R. capsulatus to PexA for PLP binding exporter. We further suggest that this ABC-transporter in R. capsulatus is involved in the formation and export of polysulfide species to the periplasm. Lausanne Frontiers Media 2019 19 Frontiers in Microbiology 10 10.3389/fmicb.2019.00406 Institut für Biochemie und Biologie OPUS4-42998 Dissertation Riedel, Simona Characterization of Mitochondrial ABC Transporter Homologues in Rhodobacter capsulatus ABC-Transporter (ABC abgeleitet von ATP-Binding Cassette) gehören zur Klasse der Transmembran-Proteine und kommen in allen drei Domänen des Lebens vor. Ihr struktureller Aufbau ist dabei stets ähnlich, wohingegen konservierte Proteinsequenzen selten vorkommen. Die Transporter sind aus zwei lipophilen, membran-durchspannenden Domänen, welche auch TMDs (abgeleitet von Transmembrane spanning Domains) genannt werden, und zwei hydrophilen Domänen, die auch NBDs (abgeleitet von Nucleotide Binding Domains) genannt werden, aufgebaut. Die Vielzahl der durch ABC-Transporter beförderten Moleküle erklärt dabei die enorme Anzahl diverser TMDs. In den Mitochondrien des Menschen findet man vier ABC-Transporter (ABCB6, ABCB7, ABCB8 und ABCB10) mit funktionellen Homologen in Hefen und Pflanzen. In Bakterien hingegen können, mit Ausnahme von Rickettsiae und verwandten Bakterien, keine Homologen zu mitochondrialen ABC-Transportern identifiziert werden. Die transportierten Moleküle sowie die damit verbundenen Funktionen sind im Einzelnen bislang weitgehend unbekannt. ABCB7 und die entsprechenden Homologen in Hefen (Atm1) und in Pflanzen (ATM3) konnten mit der cytosolischen Eisen-Schwefel-Cluster-Biosynthese in Zusammenhang gebracht werden. Eine schwefelhaltige Verbindung der mitochondrialen Matrix wird mit Hilfe dieses Transporters der cytosolischen Eisen-Schwefel-Cluster-Assemblierung zur Verfügung gestellt. Die 2014 publizierten Kristallstrukturen von Atm1 (Hefe) und Atm1 aus Novosphingobium aromaticivorans offenbarten dabei eine hoch konservierte Glutathion-Bindetasche innerhalb der TMDs für ABCB7 Homologe. In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnte ATM3 zusätzlich mit der Biosynthese des Molybdän-Cofaktors in Verbindung gebracht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das α-Proteobacterium Rhodobacter capsulatus als Modellorganismus genutzt, um mitochondriale ABC-Transporter Homologe zu untersuchen. Das Bakterium enthält zwei ABC-Transporter-Gene, rcc03139 und rcc02305, die mit den humanen mitochondrialen Transportern große Sequenzübereinstimmungen aufweisen (rcc03139: 41 % respektive 38 % Identität mit ABCB8 und ABCB10, rcc02305: 47 % identisch mit ABCB7 und ABCB6). Mit Hilfe erzeugter Interposon-Mutanten (Δrcc02305I und Δrcc03139I) konnte erstmals gezeigt werden, dass bakterielle Transporter funktionell sehr ähnliche Aufgaben wie die mitochondrialen ABC-Transporter übernehmen. Beispielsweise akkumulierten beide Interposon-Mutanten reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS) ohne gleichzeitige Akkumulation von Glutathion oder Eisen. Weiterhin konnten wir zeigen, dass, ähnlich wie bereits für ATM3 postuliert, die Biosynthese des Molybdän-Cofaktors in Δrcc02305I verändert ist. Mit Hilfe einer lebensfähigen Doppelmutante, in der beide ABC-Transporter-Gene gleichzeitig deletiert wurden, konnten wir ausschließen, dass die beiden bakteriellen ABC-Transporter grundsätzlich redundante Funktionen haben. Durch die Analyse des Proteoms von Δrcc03139I im Vergleich zu der des Wildtyps, konnte eine extreme Beeinflussung der Tetrapyrrol Biosynthese sowie entsprechender Zielproteine identifiziert werden. Dies konnte zusätzlich durch die Quantifizierung einzelner Zwischenprodukte der Biosynthese bestätigt werden. Im Gegensatz dazu konnte anhand der Analyse des Proteoms in Verbindung mit analytischen Methoden in Δrcc02305I ein Ungleichgewicht in der Schwefelverteilung identifiziert werden. Zusammen mit der Entdeckung einer Pyridoxalphosphat (PLP) Bindestelle in Rcc02305 und anderen ABCB7-artigen Transportern, welche direkt mit dem Walker-A-Motiv der NBD überlappt, ermöglichte dies eine völlig neue Theorie, wie die schwefelhaltige Verbindung transportiert werden kann. Wir gehen davon aus, dass an PLP zunächst ein Persulfid produziert wird, welches unmittelbar mit dem Glutathion der transmembranen Bindetasche zu einem gemischten Polysulfid reagiert. Im Anschluss daran wird die ATP-Bindestelle frei und die Hydrolyse des ATPs löst eine Konformationsänderung aus, welche das gemischte Polysulfid ins Periplasma bzw. in den intermembranen Raum freigibt. 2019 127 Institut für Biochemie und Biologie OPUS4-38331 Wissenschaftlicher Artikel Heuveling, Johanna; Frochaux, Violette; Ziomkowska, Joanna; Wawrzinek, Robert; Wessig, Pablo; Herrmann, Andreas; Schneider, Erwin Conformational changes of the bacterial type I ATP-binding cassette importer HisQMP(2) at distinct steps of the catalytic cycle Prokaryotic solute binding protein-dependent ATP-binding cassette import systems are divided into type land type II and mechanistic differences in the transport process going along with this classification are under intensive investigation. Little is known about the conformational dynamics during the catalytic cycle especially concerning the transmembrane domains. The type I transporter for positively charged amino acids from Salmonella enterica serovar Typhimurium (1A0-Hi5QMP2) was studied by limited proteolysis in detergent solution in the absence and presence of co-factors including ATP, ADP, LAO/arginine, and Mg2+ ions. Stable peptide fragments could be obtained and differentially susceptible cleavage sites were determined by mass spectrometry as Lys-258 in the nucleotide-binding subunit, HisP, and Arg-217/Arg-218 in the transmembrane subunit, HisQ In contrast, transmembrane subunit HisM was gradually degraded but no stable fragment could be detected. HisP and HisQ were equally resistant under pre- and post-hydrolysis conditions in the presence of arginine-loaded solute-binding protein LAO and ATP/ADP. Some protection was also observed with LAO/arginine alone, thus reflecting binding to the transporter in the apo-state and transmembrane signaling. Comparable digestion patterns were obtained with the transporter reconstituted into proteoliposomes and nanodiscs. Fluorescence lifetime spectroscopy confirmed the change of HisQ(R218) to a more apolar microenvironment upon ATP binding and hydrolysis. Limited proteolysis was subsequently used as a tool to study the consequences of mutations on the transport cycle. Together, our data suggest similar conformational changes during the transport cycle as described for the maltose ABC transporter of Escherichia coli, despite distinct structural differences between both systems. Amsterdam Elsevier 2014 11 Biochimica et biophysica acta : Biomembranes 1838 1 106 116 10.1016/j.bbamem.2013.08.024 Institut für Biochemie und Biologie