Spezifität der Phosphatase-Aktivität und Interaktion Häm-abhängiger Zweikomponentensysteme in Corynebacterium glutamicum

• Antragstellerin: Professorin Dr. Julia Frunzke
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284242796

Zweikomponenten-Systeme spielen eine zentrale Rolle in der Signal-Wahrnehmung und -Transduktion von Bakterien. Die Evolution neuer Systeme basiert zum einen auf Genduplikationsereignissen als auch auf der Übertragung von Systemen über horizontalen Gentransfer. Vor Kurzen konnte durch Arbeiten unserer Arbeitsgruppe zwei nahverwandte Zweikomponentensysteme beschrieben werden, welche die Verwertung von Häm als alternative Eisenquelle sowie die Detoxifizierung erhöhter Häm-Level in dem Gram-positiven Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum koordinieren. Während das HrrSA-System die Häm-Verwertung durch Aktivierung der Häm-Oxygenase induziert, spielt das ChrSA-System eine wichtige Rolle bei der Detoxifizierung von Häm, indem es die Expression des putativen Exportsystems HrtBA reguliert. Häm dient für beide Systeme als Stimulus, zudem konnte ein cross-talk auf Ebene der Phosphorylierung zwischen HrrS-ChrA und ChrS-HrrA gezeigt werden. Die spezifische Signaltransduktion auf Ebene der jeweiligen Zielgene wird jedoch aufgrund der hochspezifischen Phosphatase-Aktivität der Sensorkinasen HrrS und ChrS für ihren Partner-Regulator (HrrA und ChrA) gewährleistet. Aufgrund dieser Eigenschaften stellen die Systeme HrrSA und ChrSA ein ausgesprochen geeignetes Model dar, um die Gewährleistung der Phosphatase-Spezifität (Interface) auf molekularer Ebene zu untersuchen. In diesem Projekt werden Zufalls-getriebene und rationale Ansätze zum Einsatz gebracht, um sowohl katalytische Aminosäurereste als auch Interface-Reste der Phosphatase-Funktion zu identifizieren. Als komplementären Ansatz streben wir in Kooperation mit Prof. Georg Groth (HHU Düsseldorf) die Strukturanalyse der löslichen Komplexe aus Kinasen und Antwortregulatoren an. Des Weiteren ist eine detaillierte Untersuchung des Netzwerks inklusive der Protein-Stöchiometrie und der Autoregulation geplant. Von zentralem Interesse ist hierbei die Untersuchung einer möglichen physiologischen Relevanz der Kreuz-Phosphorylierung. Der Einfluss des Netzwerks-Designs auf die Dynamik der Signaltransduktion soll mittels zeitlich-aufgelöster Fluoreszenzmikroskopie (Live Cell Imaging) untersucht werden. Wir sind überzeugt, dass unsere bisherigen Arbeiten eine gute Grundlage für die geplanten Untersuchungen darstellen und dass die Ergebnisse des beantragten Projekts einen wertvollen Beitrag zum Verständnis von zentralen Mechanismen bakterieller Signaltransduktion liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen