Die Geißel, die aus Zehntausenden von Flagellinproteinen besteht, ist nicht nur wichtig für die Fortbewegung von Salmonellen, sondern spielt auch eine Schlüsselrolle bei ihrer Fähigkeit, in die menschliche Wirtszelle einzudringen. Die freiliegenden Abschnitte der Flagellinproteine können durch Enzyme verändert werden. Wenn eine Methylgruppe, eine chemische Verbindung aus einem Kohlenstoff- und drei Wasserstoffatomen, an ein Protein angehängt wird, spricht man von Methylierung. Die Methylierung von Proteinen spielt eine wesentliche Rolle bei der physiologischen Funktion und der Modulation von Signalwegen in Salmonella enterica.
In den Geißeln sind Aminosäurereste von Lysin auf der Oberfläche des Flagellins zu ɛ-N-Methyl-Lysin verändert. In einer früheren Arbeit hat ein Team um Prof. Michael Kolbe, Leiter der HZI-Abteilung „Strukturelle Infektionsbiologie“ am CSSB, die Bedeutung des Flagellins für die Invasion in Wirtszellen gezeigt. Sie haben nachgewiesen, dass die Methylierung des Flagellins die Anhaftung von Salmonellen an der Wirtszelloberfläche erleichtert. Obwohl das verantwortliche Enzym FliB die erste Methylase war, die vor mehr als fünfzig Jahren entdeckt wurde, ist nur wenig über die zu Grunde liegenden biochemischen Prozesse bekannt.
In der aktuellen Studie haben Kolbe und sein Team herausgefunden, dass FliB eine Methyltransferreaktion katalysiert, die durch einen Eisen-Schwefel-Cluster [4Fe-4S] vermittelt wird. Den Forscher:innen zufolge bildet ihre Studie die Grundlage für das Verständnis der Rolle von Eisen-Schwefel-Clustern und der Radikalchemie bei der Modifikation von Geißeln. Sie konnten zeigen, dass FliB eine S-Adenosylmethionin-abhängige Methyltransferase ist. „Wir haben auch beobachtet, dass FliB im bakteriellen Zytoplasma lokalisiert ist“, sagt die Erstautorin der Arbeit, Chu Wang. „Dies deutet darauf hin, dass die Methylierung stattfindet, bevor das Flagellin aus der Bakterienzelle ausgeschleust und die Geißel zusammengesetzt wird.“
„Die neuen Erkenntnisse über FliB haben uns geholfen, einen wichtigen Virulenzfaktor von Salmonella enterica zu charakterisieren“, erklärt Kolbe, leitender Autor der Studie. „Die DNA-Sequenz von FliB ist zwar nicht sehr stark konserviert, aber das Protein ist in vielen verschiedenen bakteriellen Pathogenen vorhanden und könnte daher ein interessantes Ziel für zukünftige Studien sein.“
Originalpublikation:
Wang C, Nehls C, Baabe D, Burghaus O, Hurwitz R, Gutsmann T, Bröring M, Kolbe M. (2021) Flagellin lysine methyltransferase FliB catalyzes a [4Fe-4S] mediated methyl transfer reaction. PLoS Pathog.17(11):e1010052. doi: 10.1371/journal.ppat.1010052
