Towards deciphering the Type III secretion signal

Abstract

The non-flagellar T3SS (nfT3SS) is a large, multimeric complex that is widely distributed among pathogenic and commensal gram-negative bacteria alike. Spanning the inner and outer membrane of diderm bacteria, this syringe-like structure facilitates the unfolded transport of specific proteins to the extracellular space or directly into eukaryotic host cells. Upon entry into host cells, these type 3 secretion system effectors (T3SEs) modulate a diverse array of host cell pathways involved in immune response, cytoskeletal organization or host cell trafficking, promoting bacterial survival, invasion or infection. Although critically required for type 3 secretion system (T3SS)-specific transport of substrates, a secretion signal, located in the extreme N-terminus of the effectors, has yet eluded a clear characterization. Building up on previous studies that indicate a correlation between the composition of the secretion signal and the secretion efficiency of substrates, this work establishes a Nanoluc luciferase-based high-throughput secretion assay to quantitatively monitor the impact of the N-terminal secretion signal on the secretion efficiency of T3SS substrates. Towards obtaining comprehensive experimental data, differential secretion efficiencies for several Salmonella effector N-termini were confirmed, and the largest and best annotated database of T3SS-secreted proteins to date assembled.

Das nicht-flagellare Typ 3 Sekretionssystem (T3SS) ist ein grosser, multimerer Proteinkomplex der unter pathogenen und kommensalen gram-negativen Bakterien gleichermassen weit verbreitet ist. Dieser einer Nadel ähnliche Proteinkomplex, der die innere und äußere Membran der didermen Bakterien umspannt, ermöglicht den Transport ungefalteter, spezifischer Proteine in den extrazellulären Raum oder direkt in eukaryotische Wirtszellen. Bei der Injektion der sogenannten Typ 3 Effektorproteine modulieren diese eine Vielzahl zellulärer Abläufe, die an der Immunreaktion, zytoskeletalen Organisationsprozessen, dem intrazellulären Transport sowie einer Reihe weitere Vorgänge beteiligt sind. Ein Sekretionssignal, das sich im extremen N-terminus dieser Effektoren befindet, konnte sich, obwohl essentiell fuer den T3SS-spezifischen Transport der Effektoren, bisher einer klaren Charakterisierung entziehen. Aufbauend auf früheren Studien, die eine Korrelation zwischen der Zusammensetzung des Sekretionssignals und der Sekretionseffizienz der Substrate andeuten, wird in dieser Arbeit ein Nanoluc-Luciferase basiertes Hochdurchsatz-Assay etabliert, welches es ermöglicht, den Einfluss verschiedener Sekretionssignale auf die Sekretionsquantität zu ermitteln. Zur Erfassung umfassender experimenteller Daten wurden unterschiedliche Sekretionseffizienzen für eine Reihe von Salmonella Effektoren bestätigt, ausserdem wurde die bisher größte und umfassendste Datenbank Typ 3 sekretierter Protein aufgebaut.