Die tail-specfic Protease (Tsp) in Chlamydien: Mechanistische und struktuelle Charakterisierung der Interaktionen von Tsp mit Wirtszellproteinen

Die Chlamydiae umfassen obligate intrazelluläre Pathogene, die sekretierte Effektorproteine zur Modifikation von Wirtszell-Signalwegen verwenden. So wird angenommen, dass die Serinprotease CT441 des Humanpathogens Chlamydia trachomatis in der Lage ist, durch Spaltung von p65 die NF-kappaB-vermittelten Entzündungsreaktionen der Wirtszelle zu unterdrücken. Ein weiteres Zielprotein von CT441 stellt die Proteinkomponente des Östrogenrezeptor alpha-Corezeptors SRAP1 dar. Es wird vermutet, dass eine spezifische Interaktion mit CT441 eine Translokation von SRAP1 in den Zellkern verhindert und in Folge die Expression von Östradiol-induzierten Genen beeinflusst, die für die Entwicklung und das Überleben von intrazellulären Chlamydien von großer Bedeutung sind. Das weitgehend uncharakterisierte CT441 weist signifikante Sequenzhomologien zu sogenannten tail-specific proteases (Tsps) auf, Proteinen, die beispielsweise in E. coli an der bakteriellen Proteinqualitätskontrolle beteiligt sind. Das Ziel dieses Projektes ist es, zum Verständnis der Modulation von Wirtszell-Signalwegen durch Chlamydien beizutragen. Der Fokus liegt hierbei auf der Interaktion zwischen chlamydialen Tsps und Proteinen der Wirtszelle. Zu diesem Zweck sollen zunächst die molekularen Strukturen von CT441 und Tsp-Homologen aus verwandten Spezies aufgeklärt werden. Basierend auf den erhaltenen Strukturen soll der katalytische Mechanismus von Tsp mit Hilfe von gezielten Mutationen untersucht werden. Ein weiteres Ziel ist die Analyse der Interaktion von CT441 und SRAP1 in vitro. In diesem Teilprojekt sollen an CT441 und SRAP1 oder an isolierten Domänen dieser beiden Proteine biochemische Interaktionsstudien und Proteaseaktivitätstests durchgeführt werden. Langfristiges Ziel hierbei ist es, die Struktur eines Komplexes zwischen einem chlamydialen Tsp und SRAP1 aufzuklären. Um die Wechselwirkungen zwischen CT441 und SRAP1 unter physiologischen Bedingungen zu charakterisieren, steht ein Eileitergewebemodellsystem für chlamydiale Infektionen zur Verfügung. Wir erwarten, dass das vorgeschlagene Forschungsprojekt eine molekulare Basis schafft, die für ein detailliertes Verständnis der Modulation des Wirtszell-Stoffwechsels und der Östrogen-abhängigen Infektivität von Chlamydien notwendig ist.

Chlamydia trachomatis is the most prevalent cause of preventable blindness worldwide and a major reason for infectious infertility in females. Several bacterial factors have been implicated in the pathogenesis of C. trachomatis. Combining structural and mutational analysis, we have shown that the proteolytic function of CT441 depends on a conserved Ser/Lys/Gln catalytic triad and a functional substrate-binding site within a flexible PDZ (postsynaptic density of 95 kDa, discs large, and zonula occludens) domain. Previously it has been suggested that CT441 is involved in modulating estrogen signaling responses of the host cell. Our results show that although in vitro CT441 exhibits proteolytic activity against SRAP1, a coactivator of estrogen receptor, CT441-mediated SRAP1 degradation is not observed during the intracellular developmental cycle before host cells are lysed and infectious Chlamydiae are released. Most compellingly, we have newly identified a chaperone activity of CT441, indicating a role of CT441 in prokaryotic protein quality control processes. The shed further light on protein-quality control processes in Chlamydiae, HtrA from S. negevensis (HtrASn) has been structurally and biochemically characterized. X-ray crystallographic structures show that PDZ domains of HtrASn enable self-compartmentalizing into 6-mers and 12-mers. Both crystal structures display a unique architecture among prokaryotic HtrA proteins which is mostly attributed to a different orientation and position of the PDZ2 domain. The 12-mer reveals two peptides bound to the PDZ1 domain and to the active site which show that, similar to other members of HtrA proteins, proteolytic activity of HtrASn is allosterically activated by substrate binding. The structures provide essential insights into stabilization of large oligomeric assemblies of chlamydial HtrAs and thereby represent a structural framework for rational development of future antichlamydial compounds.