Exploring the genetic and functional diversity of $Porphyromonas~gingivalis$ survival factor RagAB

Montz, Pauline Gabriele; Conrads, Georg; Apel, Christian

doi:HT031364985

Exploring the genetic and functional diversity of $Porphyromonas~gingivalis$ survival factor RagAB

Montz, Pauline Gabriele^RWTH*

2025 & 2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Pauline Gabriele Montz

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2026

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Conrads, Georg (Thesis advisor)^RWTH* ; Apel, Christian (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-11-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-10989
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1024124/files/1024124.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Genom Mapping (frei) ; PCR (frei) ; Phylogenie (frei) ; Porphyromonas gingivalis (frei) ; RagAB Transporter (frei) ; RagAB transporter (frei) ; genome mapping (frei) ; phylogeny (frei) ; ragAB Lokus (frei) ; ragAB locus (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Porphyromonas gingivalis ist ein Schlüsselkeim der Parodontitis. Seine äußere Membran enthält den RagAB-Transportkomplex, der an der Proteinaufnahme beteiligt ist, die für eine proteolytische Spezies unerlässlich ist. RagA ist ein 22-strängiges β-Fass, und RagB ist der entsprechende 4-TPR-Deckel, die zusammen ein TonB-abhängiges System bilden, das als „Treteimer” fungiert. Es wurden vier verschiedene Allele beobachtet, von denen ragAB-1 virulenter ist als die anderen. Unser Ziel war es, ragAB in 129 Stämmen von P. gingivalis und verwandten Arten aus unserer Sammlung zu mappen, unterstützt durch eine neu eingeführte universelle PCR zur Amplifikation/Sequenzierung aller vier ragA-Varianten, und Gründe für die Unterschiede in der Virulenz und/oder Fitness zu finden. Was die PCR-Methode betrifft, so war es durch die Kombination etablierter Long-PCR-Primer mit unseren neu entwickelten Sequenzierungsprimern (ragA-F0, -F1, -R2, -R2a, -R4) möglich, alle vier ragA-Varianten zu amplifizieren und zu sequenzieren. Aufgrund der hohen Heterogenität war dies für ragB nicht möglich. Das Mapping ermöglichte es uns, alle Stämme in ragAB-1-4 zu typisieren. Für jeden Typ wurden einige Stämme (hauptsächlich tierischen Ursprungs wie Porphyromonas gulae) mit leicht unterschiedlichen Aminosäuresequenzen identifiziert (bezeichnet als ragAB-1a bis -4a). In Bezug auf die Funktion lieferte die Übertragung kürzlich entdeckter SusCD-Informationen auf den ähnlichen RagAB-Komplex neue Erkenntnisse. Die Substratspezifität sowie die Länge des Pedals könnten der Weg zu einer unterschiedlichen Virulenz (Überlebensrate, Fitness) sein, da Rag-1 (das näher mit Rag-3/4 verwandt ist) und Rag-2 sich hier massiv unterschieden. Im Allgemeinen scheinen die Substrat-Liganden-Bindungsstellen mit Ausnahme von Rag-1 recht variabel zu sein, was wahrscheinlich auf Ernährungspräferenzen hindeutet. Darüber hinaus könnte eine Insertion (8 Aminosäuren lang) in der Schleife L7 in RagA-2 nicht nur die Dynamik des Öffnens/Schließens des Deckels beeinflussen, sondern auch die damit verbundene Substratdurchsatzrate verändern.

Porphyromonas gingivalis is a key pathogen in periodontitis. Its outer membrane contains the RagAB transport complex, which has been implicated in protein uptake, essential for a proteolytic species. RagA is a 22-stranded β-barrel, and RagB is the corresponding 4-TPR lid, together forming a TonB-dependent system acting as a “pedal bin”. Four different alleles were observed, of which ragAB-1 is more virulent than the others. Our aim was to map ragAB in 129 strains of P. gingivalis and related species available in our collection, supported by a newly introduced universal PCR for amplification/sequencing of all four ragA variants and to find reasons for the differences in virulence and/or fitness. Regarding the PCR method, by pairing established Long-PCR primers with our newly designed sequencing primers (ragA-F0, -F1, -R2, -R2a, -R4), it was possible to amplify and sequence all four ragA variants. The same was not possible for ragB due to high heterogeneity. The mapping allowed us to type all strains into ragAB-1-4. For each type, some strains (of mainly animal origin such as Porphyromonas gulae) with slightly different amino acid sequences were identified (designated ragAB-1a to -4a). In terms of function, the transfer of recently discovered SusCD information to the similar RagAB complex provided new insights. Substrate specificity as well as length of pedal could be the route to differential virulence (survival rate, fitness) as Rag-1 (closer related to Rag-3/4) and Rag-2 were found to be massively different here. In general, substrate-ligand-binding sites seem to be quite variable with the exception of Rag-1, probably indicating nutritional preferences. In addition, an insertion (8 aa long) found in loop L7 throughout RagA-2 could not only affect the dynamics of lid opening/closing but might also alter the associated substrate throughput rate.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)