Advanced

Temperature-dependent structure and function of group A streptococcal M proteins

Cedervall, Tommy LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Grupp A streptokocker, på latin Streptococcus pyogenes, är bakterier som kan infektera människan. Halsfluss är den vanligaste och mest kända åkomman, men de orsakar också andra sjukdomstillstånd som svinkoppor och scharlakansfeber. I dagspressen kallas grupp A streptokocker då och då för mördarbakterier. Det epitetet har de fått för deras förmåga att vid vissa allvarliga infektioner bryta ner mjuka vävnader i kroppen. För att kunna infektera behöver bakterien en uppsättning egenskaper, t.ex. förmåga att fästa vid kroppens yttre delar och att skydda sig mot kroppens immunförsvar. Grupp A streptokocker har flera strukturer som ger bakterien dessa egenskaper. I den här avhandlingen diskuteras M... (More)
Popular Abstract in Swedish

Grupp A streptokocker, på latin Streptococcus pyogenes, är bakterier som kan infektera människan. Halsfluss är den vanligaste och mest kända åkomman, men de orsakar också andra sjukdomstillstånd som svinkoppor och scharlakansfeber. I dagspressen kallas grupp A streptokocker då och då för mördarbakterier. Det epitetet har de fått för deras förmåga att vid vissa allvarliga infektioner bryta ner mjuka vävnader i kroppen. För att kunna infektera behöver bakterien en uppsättning egenskaper, t.ex. förmåga att fästa vid kroppens yttre delar och att skydda sig mot kroppens immunförsvar. Grupp A streptokocker har flera strukturer som ger bakterien dessa egenskaper. I den här avhandlingen diskuteras M proteinerna, som sitter på bakteriens yta. På elektronmikroskopfotografier liknar de luddet runt persikor. M proteinerna hindrar celler i immunförsvaret att äta upp, fagocytera, bakterien. Dessutom binder M proteiner till blodproteiner som på olika sätt är inblandade i kroppens försvar. Hur detta hjälper bakterien är ännu inte riktigt förklarat.



Proteiners funktion och utseende varierar kraftigt. Trots det är proteiner uppbyggda av en begränsad antal byggstenar. Byggstenarna kallas aminosyror och sitter kopplade till varandra i långa kedjor. Aminosyrornas sammansättning och ordning bestämmer i stort hur kedjorna veckas, vilket i sin tur ger proteinet dess struktur. Proteinets form hålls samman av flera olika krafter. Den viktigaste uppstår då fettlösliga aminosyror samlas för att undvika kontakt med vatten. En annan kraft uppstår mellan aminosyror med positiva eller negativa laddningar.



Vid en närmare titt på M proteinerna ser de ut som långa utdragna stavar. En sådan struktur kan uppkomma då två spiralformade proteiner snurras runt varandra, en coiled-coil struktur. I ett coiled-coil protein är aminosyra 1 och 4 fettlöslig i en repeterande enhet om sju aminosyror. Det betyder att längs proteinet finns ett upprepat mönster av fettlösliga aminosyror. M proteiner har ett sådant fettlösligt mönster vilket tillsammans med andra bevis tyder på att M proteiner har coiled-coil struktur.



Våra resultat visar att M proteinernas bindning till blodproteiner i flera fall är känslig för temperaturhöjningar. Så känslig att den vid 37°C nästan är helt försvunnen. Minskningen beror på att M proteinernas struktur förändras när temperaturen ökar. Coiled-coil strukturen försvinner och ersätts av en mer oordnad struktur vilket leder till att M proteinerna inte kan binda till blodproteinerna. När M proteinerna är förankrade i bakteriens cellvägg eller om ett blodprotein redan har bundit in minskar temperaturkänsligheten, men bindningen är fortfarande låg vid 37°C.



I delarbete 2 visar vi att temperaturkänsligheten skiljer sig markant mellan två olika klasser av M proteiner. Till skillnad från klass C proteiner så ändras inte klass A proteinernas struktur av temperaturhöjning till 37°C och bindningen till blodproteiner är fortfarande stark. En förklaring till skillnaderna i temperaturkänslighet kan vara att klass A proteinet har fler fettlösliga aminosyror i 1,4 mönstret som beskrevs ovan. I delarbete 3 utvecklar vi iden och föreslår att antalet fettlösliga aminosyror i 1,4 mönstret kan förklara också mindre skillnader i temperaturkänslighet bland 8 olika klass C proteiner. I delarbete 4 ser vi att när coiled-coil strukturen ökar så minskar bindningen till blodprotein. Detta kan betyda att coiled-coil strukturen är viktig för att hålla ihop två M proteiner medan den bindande regionen är lösare sammansatt. I både delarbete 3 och 4 har vi också resultat som tyder på att det finns mer än en strukturell region i M proteinerna och att dessa uppför sig olika när temperaturen höjs. (Less)
Abstract
Temperature-dependent structure and function of group A streptococcal M proteins.This thesis describes the temperature-dependent structure of the members in the group A streptococcal M protein family. M proteins are cell-surface proteins that are important for the bacterial virulence and bind to a diverse set of human plasma proteins. The proteins are dimeric coiled-coil molecules, but temperature unstable, i.e. at 37°C the isolated proteins are monomeric molecules and to a great extent unfolded. It was shown that the Ig-binding by group A streptococcal strains was weaker at 37°C than 20°C. The Ig-binding by isolated M proteins and M-like proteins was, likewise, weaker at 37°C than 20°C. In contrast, the fibrinogen-binding by bacteria was... (More)
Temperature-dependent structure and function of group A streptococcal M proteins.This thesis describes the temperature-dependent structure of the members in the group A streptococcal M protein family. M proteins are cell-surface proteins that are important for the bacterial virulence and bind to a diverse set of human plasma proteins. The proteins are dimeric coiled-coil molecules, but temperature unstable, i.e. at 37°C the isolated proteins are monomeric molecules and to a great extent unfolded. It was shown that the Ig-binding by group A streptococcal strains was weaker at 37°C than 20°C. The Ig-binding by isolated M proteins and M-like proteins was, likewise, weaker at 37°C than 20°C. In contrast, the fibrinogen-binding by bacteria was equally strong at 20°C and 37°C, while the fibrinogen-binding by isolated protein was temperature-dependent. The M protein can be divided into class A and C proteins depending on whether centrally located repeats are A- or C-repeats. The coiled-coil structure of a fibrinogen-binding class A protein, Mrp4, was found to be temperature stable with strong fibrinogen-binding also at 37°C. The class A proteins have a higher percentage of hydrophobic amino acids in residues constituting the hydrophobic core in coiled-coil proteins than class C proteins. This disparity was suggested to explain the different temperature stabilities in class A and C proteins. The temperature stability also varies among class C proteins and higher temperature stability is accompanied by higher percentage hydrophobic amino acids in the hydrophobic core. The unfolding of M proteins indicated one to three structural regions. Furthermore, near-UV circular dichroism studies indicated a lower temperature stability of the N-terminal half of protein H, a class C proteins, compared to the overall helical structure. In opposite, the binding of IgG by protein H stabilised the N-terminal half to a higher extent than the overall helical structure. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Paulsson, Mats
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Microbiology, plasma protein, fibrinogen, temperature, hydrophobicity, coiled-coil, Ig-binding, M protein, group A streptococcus, bacteriology, virology, mycology, Mikrobiologi, bakteriologi, virologi, mykologi
pages
118 pages
publisher
Tommy Cedervall, Nobelvägen 60F, 214 33 MALMÖ, Sweden
defense location
7Chemical Center, Lund
defense date
1999-04-26 10:15
external identifiers
  • other:ISRN: LUMEDW/MECM-99/1025-SE
ISBN
91-628-3435-5
language
English
LU publication?
yes
id
48e3b81c-9213-4d43-aaa4-a2f5acd3a2bb (old id 39474)
date added to LUP
2007-06-20 13:29:52
date last changed
2016-09-19 08:45:15
@phdthesis{48e3b81c-9213-4d43-aaa4-a2f5acd3a2bb,
  abstract     = {Temperature-dependent structure and function of group A streptococcal M proteins.This thesis describes the temperature-dependent structure of the members in the group A streptococcal M protein family. M proteins are cell-surface proteins that are important for the bacterial virulence and bind to a diverse set of human plasma proteins. The proteins are dimeric coiled-coil molecules, but temperature unstable, i.e. at 37°C the isolated proteins are monomeric molecules and to a great extent unfolded. It was shown that the Ig-binding by group A streptococcal strains was weaker at 37°C than 20°C. The Ig-binding by isolated M proteins and M-like proteins was, likewise, weaker at 37°C than 20°C. In contrast, the fibrinogen-binding by bacteria was equally strong at 20°C and 37°C, while the fibrinogen-binding by isolated protein was temperature-dependent. The M protein can be divided into class A and C proteins depending on whether centrally located repeats are A- or C-repeats. The coiled-coil structure of a fibrinogen-binding class A protein, Mrp4, was found to be temperature stable with strong fibrinogen-binding also at 37°C. The class A proteins have a higher percentage of hydrophobic amino acids in residues constituting the hydrophobic core in coiled-coil proteins than class C proteins. This disparity was suggested to explain the different temperature stabilities in class A and C proteins. The temperature stability also varies among class C proteins and higher temperature stability is accompanied by higher percentage hydrophobic amino acids in the hydrophobic core. The unfolding of M proteins indicated one to three structural regions. Furthermore, near-UV circular dichroism studies indicated a lower temperature stability of the N-terminal half of protein H, a class C proteins, compared to the overall helical structure. In opposite, the binding of IgG by protein H stabilised the N-terminal half to a higher extent than the overall helical structure.},
  author       = {Cedervall, Tommy},
  isbn         = {91-628-3435-5},
  keyword      = {Microbiology,plasma protein,fibrinogen,temperature,hydrophobicity,coiled-coil,Ig-binding,M protein,group A streptococcus,bacteriology,virology,mycology,Mikrobiologi,bakteriologi,virologi,mykologi},
  language     = {eng},
  pages        = {118},
  publisher    = {Tommy Cedervall, Nobelvägen 60F, 214 33 MALMÖ, Sweden},
  school       = {Lund University},
  title        = {Temperature-dependent structure and function of group A streptococcal M proteins},
  year         = {1999},
}