Intrinsische Substratproteine der Transglutaminase von Streptomyces mobaraensis: Identifizierung und Charakterisierung

Unter den Actinomyceten ist Streptomyces die am meisten studierte und am besten bekannte Gattung. Die multizellulären Bakterien besiedeln normalerweise den Boden, sind dort Modulatoren der mikrobiellen Flora und wichtige Zersetzer. Ihre Besonderheit ist ein den Pilzen ähnliches, filamentöses Wachstum, eine komplexe Zelldifferenzierung von Substrat- und Luftmycel und eine Reproduktion durch Sporen. Innerhalb der Gattung gibt es Mitglieder, die wie Streptomyces mobaraensis Transglutaminase (TGase) exportieren. Das ubiquitär vorkommende Enzym erzeugt hoch vernetzte Proteinaggregate durch Ausbildung von Isopeptidbindungen zwischen Lysin- und Glutaminresten. Bakterielle und eukaryotische TGasen unterscheiden sich dabei in ihrer Struktur und Abhängigkeit von Ca2+. Über die physiologische Funktion der Enzyme von Streptomyceten ist bisher nichts bekannt. Ziel der Arbeit war es deshalb, intrinsische Substratproteine von TGase zu identifizieren und zu charakterisieren. Entdeckt wurden der Streptomyces Subtilisin- und TAMEP-Inhibitor (SSTI) und das Dispase-Autolyse induzierende Protein (DAIP) von S. mobaraensis. Beide Proteine besitzen reaktive Glutamin- und Lysinreste, die jedoch während der submersen Kultivierung durch TGase modifiziert werden. Seitenkettenhydrolyse von SSTI- und DAIP-Glutaminen verhinderte den Einbau eines biotinylierten Amins. Bei DAIP wird zusätzlich die Lysinreaktivität maskiert, wahrscheinlich durch die Ausbildung von Salzbrücken mit den gebildeten Glutamaten. Daher war eine Vernetzung beider Proteine nur möglich, wenn sie vor Aktivierung der intrinsischen TGase aus Kulturüberständen isoliert wurden. Überraschend war die Entdeckung von Substratmodulatoren der TGase. Die Lipoaminosäure N-Lauroylsarcosin und das Lipopolyamin N-(3-Dimethylamino)propyllauramid exponieren offenbar kryptische Glutamine oder in Salzbrücken befindliche Lysine und verbessern so die Vernetzbarkeit der Proteine. Selbst inaktivierte Proteine erhalten ihre Substrateigenschaften zurück. Das bereits gut charakterisierte Substrat SSTI ist ein doppelköpfiger Inhibitor, der die TGase aktivierende Metalloprotease TAMEP inhibiert und eine weitere Bindungsstelle für die Serinproteasen Subtilisin und Trypsin besitzt. DAIP ist ein bisher unbekanntes Protein, das neutrale Metalloproteasen wie Dispase in eine Autolyse treibt. Natürliche Strukturanaloga der beiden Substratmodulatoren mit antibiotischen Eigenschaften sind bereits beschrieben. Die Vermutung liegt deshalb nahe, dass beide Proteine zusammen mit noch zu identifizierenden Substratmodulatoren Teile eines Abwehrsystems sind, das für den Schutz der Lufthyphen von S. mobaraensis errichtet wird