Die Erkenntnisse, die heutzutage über Eigenschaften und das Zusammenspiel von molekularen Chaperonen im Bereich der Proteinfaltung vorliegen, beruhen zu einem großen Teil auf Untersuchungen an Organismen aus dem Bereich der Eukaria und Bakteria. Das Spektrum der Chaperone innerhalb der Domäne der Archaea ist dagegen wesentlich weniger untersucht. Die Organismen Methanobakterium thermoautotrophicum und Methanosarcina mazei gehören zu den ersten Vertretern der Archaea deren Genome sequenziert wurden. Dies ermöglichte somit eine Untersuchung der an der Proteinfaltung beteiligten Faktoren. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit einer detaillierten biochemischen sowie funktionellen Analyse von Gim-Proteinen, aus denen sich das Chaperon MtGimC in dem Archaeon M.thermoautotrophicum zusammensetzt. Es konnte hier auf Grund der Ergebnisse erstmals nachgewiesen werden, dass sich sämtliche bisher sequenzierte Gim-Proteine (aller Organsimen)in zwei Klassen gruppieren lassen, die stark konserviert sind. Die biochemischen Studien ergaben, dass GimC ein hexamerer Komplex aus zwei alpha-Untereinheiten und vier beta-Untereinheiten ist. Die hier vorgestellten Daten zur funktionellen Untersuchung dieses neuen archaeellen Chaperons ergaben, dass MtGimC ein breites Spektrum ungefalteter Proteine stabilisiert. Die durch MtGimC stabilisierten Substrate können entweder auf ein Gruppe I oder ein Gruppe II Chaperonin übertagen werden. Zugabe von ATP führt dann zu einer korrekten Faltung. Inhalt des zweiten Teiles der hier vorliegenden Arbeit ist eine ausführliche biochemische und funktionelle Untersuchung eines erstmalig in Archaea nachgewiesenen Gruppe I Chaperonins. Es konnte gezeigt werden, dass das Guppe I Chaperonin MmGroEL und der Kofaktor MmGroES aus M. mazei stark konservierte Proteine sind. Biochemische Daten zeigten, dass beide Proteine aus oligomeren Komplexen bestehen, die aus identischen Untereinheiten aufgebaut sind. MmGroEL hat eine breite Chaperon-Aktivität indem es ungefaltetes Substrat bindet. Allerdings weist MmGroEL eine niedrige ATPase-Aktivität auf und vermittelt daher in vitro eine effiziente Rückfaltung denaturierter Proteine nur unter bestimmten Bedingungen. So erlaubt im Fall des Substrates Malat Dehydrogenase nur eine Zugabe von Ammoniumsulfat die physiologisch notwendige Einkapselung des Substrates in die cis-Kavität. Die in der vorliegenden Arbeit beschriebenen Ergebnisse machen deutlich, dass die Untersuchung der Konzepte und Mechanismen molekularer Chaperone im Bereich der Archaea von Bedeutung sind, um analoge Mechanismen in Eukaria und Bakteria zu verstehen. Die Besonderheit der Methanosarcinales, nämlich die Koexistenz beider Chaperonin-Systeme im gleichen zellulären Kompartiment, bietet nun neue Perspektiven, die Substratspezifität beider Chaperone zu untersuchen.     «

Die Erkenntnisse, die heutzutage über Eigenschaften und das Zusammenspiel von molekularen Chaperonen im Bereich der Proteinfaltung vorliegen, beruhen zu einem großen Teil auf Untersuchungen an Organismen aus dem Bereich der Eukaria und Bakteria. Das Spektrum der Chaperone innerhalb der Domäne der Archaea ist dagegen wesentlich weniger untersucht. Die Organismen Methanobakterium thermoautotrophicum und Methanosarcina mazei gehören zu den ersten Vertretern der Archaea deren Genome sequenziert wurd...     »

The knowledge achieved today regarding the assistance of molecular chaperones in the refolding of denatured or de novo synthesised polypeptides is mostly based on studies with eukaryotic or eubacterial species. The structure and function of molecular chaperones in Archaea is by far less well understood. The organisms Methanobacterium thermoautotrophicum and Methanosarcina mazei belong to the first Archaea to be completely sequenced allowing thus a detailed investigation of the subset of chaperones involved in protein folding in Archaea. The first part of this manuscript describes a biochemical and functional analysis of the Gim-proteines which constitute the chaperone GimC in the archaeon Methanobacterium thermoautotrophicum. Based on phylogenetic investigations it could be shown that all Gim-proteins known so far can be grouped into two conserved classes, alpha and beta. Biochemical studies showed that GimC is a hexameric complex of two alpha-subunits and four beta-subunits. Functional studies revealed that GimC binds and stabilises a broad spectrum of denatured substrates. The substrates can be transferred to a chaperonin for successful ATP-dependent refolding. The second part of the thesis outlines detailed biochemical and functional aspects of the first group I chaperonin described in Archaea, MmGroEL/GroES of the organism Methanosarcina mazei. Both MmGroEL and the cofactor MmGroES could be shown to be highly conserved proteins. Biochemical studies revealed that both proteins assemble to oligomeric complexes of identical subunits. MmGroEL has a broad chaperone-activity in that it binds and stabilises different unfolded substrates. However, due to a low ATPase-activity it refolds some substrates only under certain conditions. The MmGroE-mediated refolding of unfolded malate dehydrogenase is only effective in presence of ammonium sulfate. This salt allows a correct encapsulation of the unfolded substrate in the cis-cavity of the chaperonin. The results stress that investigating molecular mechanisms in Archaea allows a better understanding of similar mechanisms in Eubacteria an Eukaria. The archaeon Methanosarcina mazei has the potential to become a new model-organism for investigation of chaperon-mediated protein folding and substrate specificities, as both chaperonin systems are present in this organisms, group I chaperonin GroEL in cooperation with the cofactor GroES and the group II chaperonin Thermosome in cooperation with GimC.     «

The knowledge achieved today regarding the assistance of molecular chaperones in the refolding of denatured or de novo synthesised polypeptides is mostly based on studies with eukaryotic or eubacterial species. The structure and function of molecular chaperones in Archaea is by far less well understood. The organisms Methanobacterium thermoautotrophicum and Methanosarcina mazei belong to the first Archaea to be completely sequenced allowing thus a detailed investigation of the subset of chaperon...     »