apl. Prof. Dr. Daniela Büttner
Daniela Büttner
Institute of Biology, Dept. of Genetics
Martin- Luther- University
Halle- Wittenberg
apl. Prof. Dr. Daniela Büttner
Weinbergweg 10
D- 06120 Halle (Saale)
Germany
Phone: +49- 345- 552 6293
Fax: +49- 345- 552 7151
E-mail: daniela.buettner@genetik.uni-halle.de
This site contents:
Forschung: Proteinsekretion im pflanzenpathogenen Bakterium Xanthomonas
Gram-negative Bakterien verwenden verschiedene Typen von Proteinsekretionssystemen, um Virulenzfaktoren in das extrazelluläre Milieu oder direkt in die Wirtszelle zu transportieren. Unsere Arbeitsgruppe analysiert Typ II (T2S)- und Typ III (T3S)-Sekretionssysteme des pflanzenpathogenen Bakteriums Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, welches der Erreger der bakteriellen Fleckenkrankheit auf Paprika und Tomate ist. X. campestris pv. vesicatoria transloziert mit Hilfe des T3S-Systems einen Cocktail von ca. 30 Effektorproteinen in die Pflanzenzelle, wo diese zelluläre Prozesse wie bspw. Abwehrreaktionen zugunsten des Pathogens beeinflussen (Büttner & Bonas, 2010). Das T3S-System ist nicht nur in X. campestris pv. vesicatoria ein essentieller bakterieller Pathogenitätsfaktor, sondern auch in der Mehrzahl der Gram-negativen pflanzen- und tierpathogenen Bakterien (Büttner, 2012). Während die Architektur des T3S-Systems in verschiedenen Bakterienspezies vermutlich konserviert ist, unterscheiden sich die Substrate des T3S-Systems und reflektieren vermutlich Anpassungen der Bakterien an spezifische Wirtsorganismen. Zusätzlich zum T3S-System wird die Virulenz von X. campestris pv. vesicatoria durch ein T2S-System bedingt, welches abbauende Enzyme wie bspw. Xylanasen und Proteasen sekretiert und damit vermutlich zum Abbau der pflanzlichen Zellwand beiträgt.
1. Analyse von Komponenten des T3S-Systems von Xanthomonas
Die Komponenten des T3S-Systems von X. campestris pv. vesicatoria werden von einem chromosomalen hrp (hypersensitive response and pathogenicity)-Gencluster kodiert, welches mehr als 20 Gene enthält. Elf Gene sind in pflanzenpathogenen Bakterien konserviert und wurden daher als hrc (hrp conserved)-Gene bezeichnet. Sie kodieren vermutlich die Grundbausteine des Sekretionsapparates, welcher aus Ringstrukturen in der äußeren und inneren Membran besteht. Der Ring in der inneren Membran ist mit dem Exportapparat, der cytoplasmatischen ATPase und einem vorhergesagten cytoplasmatischen Ring assoziiert (Büttner, 2012). Der Ring in der äußeren Membran ist mit dem extrazellulären Pilus verbunden, welcher vermutlich als Transportkanal für sekretierte Proteine zur Pflanzenzelle dient. Die Translokation von Effektorproteinen wird durch das T3S-Translokon vermittelt, welches in die Wirtszellmembran inseriert (Büttner et al., 2002; Büttner, 2012).
Unsere Arbeitsgruppe hat gezeigt, dass die Typ III-Sekretion in X. campestris pv. vesicatoria von der ATPase HrcN (Lorenz & Büttner, 2009), der vorhergesagten cytoplasmatischen Ringkomponente HrcQ (Lorenz et al., 2012) und den putativen ”inner rod”-Proteinen HrpB1 und HrpB2 abhängt (Hartmann et al., 2012; Hausner et al., 2013). Der ”inner rod” ist einer periplasmatische Struktur des T3S-Systems und ist für den Pilusaufbau essentiell (Büttner, 2012). Die Erkennung von T3S-Substraten im Cytoplasma wird vermutlich durch HrcU und HrcV kontrolliert, zwei Komponenten des Exportapparates mit cytoplasmatischen Domänen, die mit sekretierten Proteinen interagieren (Hartmann & Büttner, 2013; Hausner & Buettner, 2014; Lorenz & Büttner, 2011).
2. Kontrolle der T3S in Xanthomonas
Die Spezifität des T3S-Systems wird durch das T3S-Substratspezifitätswechsel-Protein (T3S4-Protein) HpaC kontrolliert, welches die Sekretion von späten Substraten nach der Assemblierung des T3S-Systems fördert (Büttner et al., 2006; Lorenz et al., 2008b). Der HpaC-abhängige Wechsel in der T3S-Substratspezifität wird vermutlich durch die Interaktion von HpaC mit der cytoplasmatischen Domäne von HrcU kontrolliert. Experimentelle Daten deuten darauf hin, dass HpaC einen Konformationswechsel in der cytoplasmatischen Domäne von HrcU induziert und damit die Sekretion von Effektorproteinen nach der Assemblierung des Pilus aktiviert (Hausner & Buettner, 2014; Lorenz et al., 2008b; Lorenz & Büttner, 2011; Schulz & Büttner, 2011).
Neben HpaC wird die T3S in X. campestris pv. vesicatoria durch das Kontrollprotein HpaB reguliert, welches als generelles T3S-Chaperon agiert und an Effektorproteine bindet. HpaB führt Effektorproteine vermutlich zur cytoplasmatischen ATPase des T3S-Systems, welche HpaB-Effektor-Komplexe dissoziiert und damit den Eintritt von Effektoren in den inneren Kanal des T3S-Systems erleichtert (Büttner et al., 2004; Lorenz & Büttner, 2009). Die Aktivität von HpaB wird von dem Effektorprotein HpaA reguliert, welches an HpaB bindet und essentiell ist für die effiziente Sekretion von Pilus- und Translokonproteinen während der Assemblierung des T3S-Systems (Lorenz et al., 2008a).
3. Identifizierung von Typ II-sekretierten Virulenzfaktoren von Xanthomonas
Die Assemblierung des extrazellulären Pilus des T3S-Systems wird vermutlich durch den lokalen Abbau der pflanzlichen Zellwand mit Hilfe von Typ II-sekretierten Enzymen erleichtert. X. campestris pv. vesicatoria besitzt zwei T2S-Systeme, welche als Xcs- und Xps-T2S-Systeme bezeichnet werden. Das Xps-T2S-system trägt zur Virulenz und dem T3S-vermittelten Effektortransport bei (Szczesny et al., 2010). Unter den Substraten des T2S-Systems sind Proteasen und die Xylanase XCV0965, für die eine Virulenzfunktion und eine Beteiligung an der extrazellulären Xylanaseaktivität nachgewiesen wurde (Szczesny et al., 2010). Interessanterweise ist die Sekretion vieler Proteine, welche Homologie zu bekannten T2S-Substraten aufweisen, in X. campestris pv. vesicatoria T2S-unabhängig (Szczesny et al., 2010). Dies deutet darauf hin, dass T2S-Substrate in verschiedenen Pathogenen nicht konserviert sind und möglicherweise Anpassungen an verschiedene Wirtsorganismen widerspiegeln.
Referenzen
Büttner, D., Nennstiel, D., Klüsener, B. & Bonas, U. (2002). Functional analysis of HrpF, a putative type III translocon protein from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. J Bacteriol 184, 2389-2398.
Büttner, D., Gürlebeck, D., Noel, L. D. & Bonas, U. (2004). HpaB from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria acts as an exit control protein in type III-dependent protein secretion. Mol Microbiol 54, 755-768.
Büttner, D., Lorenz, C., Weber, E. & Bonas, U. (2006). Targeting of two effector protein classes to the type III secretion system by a HpaC- and HpaB-dependent protein complex from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. Mol Microbiol 59, 513-527.
Büttner, D. & Bonas, U. (2010). Regulation and secretion of Xanthomonas virulence factors. FEMS Microbiol Rev 34, 107-133.
Büttner, D. (2012). Protein export according to schedule – architecture, assembly and regulation of type III secretion systems from plant and animal pathogenic bacteria. Microbiol Mol Biol Rev 76, 262-310.
Hartmann, N., Schulz, S., Lorenz, C., Fraas, S., Hause, G. & Büttner, D. (2012). Characterization of HrpB2 from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria identifies protein regions that are essential for type III secretion pilus formation. Microbiol 158, 1334-1349.
Hartmann, N. & Büttner, D. (2013). The inner membrane protein HrcV from Xanthomonas is involved in substrate docking during type III secretion. Mol Plant Microbe Interact 26, 1176-1189.
Hausner, J., Hartmann, N., Lorenz, C. & Büttner, D. (2013). The periplasmic HrpB1 protein from Xanthomonas spp. binds to peptidoglycan and to components of the type III secretion system. Appl Environ Microbiol 79, 6312-6324.
Hausner, J. & Buettner, D. (2014). The YscU/FlhB homolog HrcU from Xanthomonas controls type III secretion and translocation of early and late substrates. Microbiol 160, 576-588.
Lorenz, C., Kirchner, O., Egler, M., Stuttmann, J., Bonas, U. & Büttner, D. (2008a). HpaA from Xanthomonas is a regulator of type III secretion. Mol Microbiol 69, 344-360.
Lorenz, C., Schulz, S., Wolsch, T., Rossier, O., Bonas, U. & Büttner, D. (2008b). HpaC controls substrate specificity of the Xanthomonas type III secretion system. PLoS Pathog 4, e1000094.
Lorenz, C. & Büttner, D. (2009). Functional characterization of the type III secretion ATPase HrcN from the plant pathogen Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. J Bacteriol 191, 1414-1428.
Lorenz, C. & Büttner, D. (2011). Secretion of early and late substrates of the type III secretion system from Xanthomonas is controlled by HpaC and the C-terminal domain of HrcU. Mol Microbiol 79, 447-467.
Lorenz, C., Hausner, J. & Büttner, D. (2012). HrcQ provides a docking site for early and late type III secretion substrates from Xanthomonas. PLoS ONE 7, e51063.
Schulz, S. & Büttner, D. (2011). Functional characterization of the type III secretion substrate specificity switch protein HpaC from Xanthomonas. Infect Immun 79, 2998-3011.
Szczesny, R., Jordan, M., Schramm, C., Schulz, S., Cogez, V., Bonas, U. & Büttner, D. (2010). Functional characterization of the Xps and Xcs type II secretion systems from the plant pathogenic bacterium Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. New Phytol 187, 983-1002.
Letzte Publikationen und Patente
Publications 2017
Hausner J, Hartmann N, Jordan M, Büttner, D (2017) The predicted lytic transglycosylase HpaH from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria associates with the type III secretion system and promotes effector protein translocation. Infect Immunol, 85:e00788
Publications 2016
Scheibner F, Schulz S, Hausner J, Marillonnet S, Büttner D (2016) Type III-dependent translocation of HrpB2 by a non-pathogenic hpaABC mutant of the plant-pathogenic bacterium Xanthomonas. Appl Env Microbiol, 82: 3331-3347.
Publications 2015
Solé M, Scheibner F, Hoffmeister AK, Hartmann N, Hause G, Rother A, Jordan M, Lautier M, Arlat M, Büttner D (2015) Xanthomonas campestris pv. vesicatoria secretes proteases and xylanases via the Xps type II secretion system and outer membrane vesicles. J Bacteriol 197: 2879-2893.
Publications 2014
Hausner J, Büttner D. (2014) The YscU/FlhB homologue HrcU from Xanthomonas controls type III secretion and translocation of early and late substrates. Microbiology 160(Pt 3):576-88.
Publications 2013
Hausner J, Hartmann N, Lorenz C, Büttner D (2013) The periplasmic HrpB1 protein from Xanthomonas binds to peptidoglycan and to components of the type III secretion system. Appl Env Microbiol 79(20):6312-24.
Hartmann N, Büttner D (2013) The inner membrane protein HrcV from Xanthomonas is involved in substrate docking during type III secretion. Mol Plant-Microbe Interact 26: 1176-1189.
Dejean G, Blanvillain-Baufume S, Boulanger A, Darrasse A, de Bernonville TD, Girard AL, Carrere S, Jamet S, Zischek C, Lautier M, Solé M, Büttner D, Jacques MA, Lauber E, Arlat M (2013) The xylan utilization system of the plant pathogen Xanthomonas campestris pv campestris controls epiphytic life and reveals common features with oligotrophic bacteria and animal gut symbionts. New Phytol198:899-915.
Publications 2012
Lorenz, C., Hausner, J., Büttner, D. (2012) HrcQ provides a docking site for early and late type III secretion substrates from Xanthomonas.“ PLoS One 7: e51063.
Schulze, S., Kay, S. Büttner, D., Egler, M., Eschen-Lippold, L., Hause, G., Krüger, A., Lee, J., Müller, O., Scheel, D., Szczesny, R., Thieme, R., Bonas, U. (2012) Analysis of new type III effectors from Xanthomonas uncovers XopB and XopS as suppressors of plant immunity.“ New Phytol 195: 894-911.
Kirchberg J., Büttner D., Thiemer B., Sawers G. (2012) Aconitase B is required for optimal growth of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria in pepper plants. PLoS One 7, e34941.
Publications 2011
Hartmann N., Schulz S., Lorenz C., Fraas S., Hause G., Büttner D. (2012) Characterization of HrpB2 from Xanthomonas campestris pv. vesicatoria identifies protein regions that are essential for type III secretion pilus formation. Microbiol 158, 1334-1349.
Schulz S, Büttner D (2011) Functional characterization of the type III secretion substrate specificity switch protein HpaC from Xanthomonas. Infect Imm 79: 2998-3011.
Lorenz C. and Büttner D. (2011) Secretion of early and late substrates of the type III secretion system from Xanthomonas is controlled by HpaC and the C-terminal domain of HrcU. Mol Microbiol, 79: 447-467.
Publications 2010
Büttner D, Bonas U (2010) “Regulation and secretion of Xanthomonas virulence factors. FEMS Microbiol Rev, 34: 107-133.
Szczesny R, Jordan M, Schramm C, Schulz S, Cogez V, Bonas U and Büttner D (2010) Functional characterization of the Xcs and Xps type II secretion ATPase HrcN from the plant pathogen Xathomonas campestris pv.vesicatoria. New Phytologist 187: 983-1002
Szczesny R, Büttner D, Escolar L, Schulze S, Seiferth A and Bonas U (2010) Suppression of the AvrBs1-specific hypersensitive response by the YopJ effector homolog AvrBsT from Xanthomonas depends on a SNF1-related kinase. New Phytologist 187: 1058-1074
Publications 2009
Lorenz C, Büttner D (2009) „Functional characterization of the type III secretion ATPase HrcN from the plant pathogen Xanthomonas campestris pv. vesicatoria.“ J Bacteriol 191, 1414-1428.
Publications 2008
Lorenz C, Schulz S, Wolsch T, Rossier-Conway O, Bonas U, Büttner D (2008)
HpaC controls substrate specificity of the Xanthomonas type III secretion system.
PLoS Path, 4: e1000094.
Lorenz C, Kirchner O, Egler M, Stuttmann J, Bonas U, Büttner D (2008)
HpaA from Xanthomonas is a regulator of type III secretion.
Mol Microbiol, 69: 344-360.
Patente
Büttner, D. und Bonas, U. (2005)
Bacterial system for protein transport in eukaryotic cells.