Substratspezifität der nicht-dbl-homologen G-Nukleotid-Austauschfaktoren SopE und SopE2 aus Salmonella typhimurium

Während der Abspaltung von der E. coli-Linie wurde durch die
Aufnahme der Salmonella-Pathogenitätsinsel 1 der Grundstein für die
Entwicklung vom Kommensalen zum Pathogen gelegt. Die hier kodierten
Effektoren vermitteln ebenso wie einige außerhalb von SPI1 gelegene
Effektoren (z. B. SopE2) zentrale Virulenzeigenschaften. Zusätzlich
zu diesen konservierten Genen gibt es einige variable Effektoren
wie SopE, die erst in jüngerer Zeit erworben wurden und auch heute
noch durch horizontalen Transfer zwischen verschiedenen
Salmonella-Stämmen weitergegeben werden. Sie dienen wahrscheinlich
der Optimierung der Wechselwirkung mit dem Wirt. In dieser Arbeit
konnte gezeigt werden, dass die G-Nukleotidaustauschfaktoren SopE
und das zu 69 % homologe SopE2 eine differenzielle
Substratspezifität gegenüber den RhoGTPasen Cdc42 und Rac1
besitzen. Während SopE und SopE2 vergleichbar gut an Cdc42 binden,
wird Rac1 von SopE deutlich stärker gebunden als von SopE2. Die
schwächere Bindung von Rac1 an SopE2 führt in der Folge zu einer
deutlich schwächeren Aktivierung von Rac1. Zellkulturversuche haben
gezeigt, dass diese biochemischen Unterschiede zumindest in einigen
Zelltypen zu unterschiedlichen Antworten (z. B. Morphologie des
Aktinzytoskeletts) führen. Es ist zu vermuten, dass die
Unterschiede der molekularen Eigenschaften von SopE und SopE2 einen
Selektionsvorteil für S. typhimurium-Stämme darstellen, die beide
SopE-Homologe besitzen. Bei der Analyse der Kristallstruktur des
SopE ⋅Cdc42-Komplexes zeigte sich, dass SopE eine von der Struktur
zellulärer GEFs unabhängige Lösung gefunden hat, den
Nukleotidaustausch an RhoGTPasen zu katalysieren. In einer
Mutagenesestudie konnten diejenigen Aminosäuren identifiziert
werden, die das katalytische Zentrum von SopE bilden. Die
Ergebnisse dieser Arbeit sprechen dafür, dass das katalytische
Zentrum von SopE durch das 166 GAGA 169 -Motiv repräsentiert ist.
Dieses Motiv weist keine Ähnlichkeiten zur katalytischen DH-Domäne
eukaryontischer Rho-GEFs auf. Das deutet darauf hin, dass SopE
durch konvergente Evolution entstanden sein muss. In ähnlicher
Weise wie in dieser Arbeit könnten auch in Eukaryonten durch
funktionelle Analysen noch weitere, bisher unbekannte GEF-Familien
identifiziert werden, deren Untersuchung das Verständnis der
zellulären Signaltransduktionswege weiter fördern könnte.