Vergleichende Membran-Metalloproteomik anaerob atmender Mikroorganismen

• Antragsteller: Professor Dr. Lorenz Adrian
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 311144115

Die Energiekonservierung in anaerob wachsenden Mikroorganismen ist stark abhängig von Metall-enthaltenden multimeren membrangebundenen Proteinkomplexen, die die Oxidation von Elektronendonoren, den gerichteten Transport von Elektronen und die Reduktion terminaler Elektronenakzeptoren katalysieren. Obwohl viele Atmungskomplexe in einzelnen Organismen im Detail untersucht wurden, gibt es noch keine systematische Einsicht in die Verbreitung von Metalloproteinen, Metall-enthaltenden Cofaktoren und Metallionen in anaerob atmenden Mikroorganismen. Einer größeren Anzahl von Metalloproteinen, die im Genom von anaeroben Mikroorganismen kodiert sind und die als membranständig annotiert sind, konnte noch keine biochemische Funktion zugeordnet werden. Zu diesen Proteinkomplexen gehören viele Molybdän-enthaltende FeS-Cluster-Proteine und die aus elf Untereinheiten bestehenden Komplex I - Homologe. Gene für beide Komplexe sind abundant in prokaryontischen Genomen enthalten.Wir schlagen vor, das Vorkommen und die Verbreitung von membranständigen Metallprotein-komplexen in unterschiedlichen Mikroorganismen über ICP-MS (Massen¬spektrometrie mit induktiv-gekoppeltem Plasma) zur Messung von Metallen und LC-MS/MS (Flüssigkeitschromatographie Massenspektrometrie) zur Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen zu untersuchen. Die Studie besteht aus drei Arbeitspaketen: Erstens, der vergleichenden Untersuchung von Metallen und Proteinen in Membranpräparationen von ganzen Zellen (Shotgun membrane metalloproteomics); zweitens, der vergleichenden Analyse von Metallen und Proteinen in Metalloproteinkomplexen nach Ihrer Trennung über native Gelelektrophorese; und drittens, der massenspektrometrischen Analyse von Metall-enthaltenden organischen Cofaktoren, die mit Metalloproteinen assoziiert sind. Wir werden insbesondere Proteinkomplexe untersuchen, die die Metalle Fe, Ni, Co oder Mo enthalten und die Metall-enthaltenden Cofaktoren F430, Cobalamin und Mo-Pterin, die alle an wichtigen Reaktionen der anaeroben Energiefixierung in verschiedenen Prokaryonten beteiligt sind.Das vorgeschlagene Projekt ist mit einer Reihe anderer Projekte inhaltlich und methodisch verbunden. Wir werden einige Bakterien in die Studie einbeziehen, die auch von anderen vorgeschlagenen Projekten bearbeitet werden. Dabei soll unsere Metalloproteinanalyse andere Studien, die stärker auf einzelne Organismen und einzelne Proteinkomplexe fokussiert sind, einbeziehen und andererseits komplementieren. Andere kooperative Bereiche unserer Studie sind die Untersuchungen Mo-enthaltender Cofaktoren und des Cofaktors F430, sowie die Detektion von heterolog überexprimierten und assemblierten Metalloproteinen in E. coli. Letztlich werden wir mit verschiedenen Gruppen methodisch zusammenarbeiten. Dies schließt die Metall-Massenspektrometrie, die Protein-Massenspektrometrie und die Sekundärelektronen-Massen-spektrometrie (nanoSIMS, ToF-SIMS) mit ein.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1927: Iron-Sulfur for Life
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Hans Hermann Richnow