Sensorische Mechanismen und lokale Wirkungen der c-di-GMP-vermittelten Signaltransduktion in Escherichia coli

• Antragstellerin: Professorin Dr. Regine Hengge
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314334421

Bakterielle Biofilme besiedeln verschiedenste Oberflächen und sind hoch-resistent gegen Antibiotika und Wirtsimmunsysteme. Im Biofilm sind die Zellen in eine selbstproduzierte, schützende Matrix aus extrazellulären Biopolymeren eingebettet. In E. coli sind dies amyloide Curli-Fasern und das Exopolysaccharid Cellulose, deren Synthese vom Stationärphasen-Sigmafaktor RpoS (¿S) und von c-di-GMP reguliert wird. Letzteres wird von Diguanylatcyclasen (DGC, mit GGDEF-Domänen) produziert und von spezifischen Phosphodiesterasen (PDE, mt EAL-Domänen) abgebaut. Unter den 29 GGDEF/EALDomänen- Proteinen von E. coli sind 25 enzymatisch aktiv, darunter 12 DGCs und 13 PDEs. Viele dieser sehr unterschiedlich exprimierten DGCs und PDEs sind membranassoziiert und ihre Aktivität wird durch N-terminale Sensordomänen gesteuert.Die Matrix-Produktion als c-di-GMP-regulierter Prozess liefert eine Reihe von klaren Phänotypen und gut messbaren Testparametern für die geplanten genetischen, molekularbiologischen und biochemischen Analysen, die darauf abzielen, die molekularen Mechanismen der Signalwahrnehmung und -verarbeitung auf primärer und sekundärer Ebene der c-di-GMP-vermittelten Signaltransduktion in E. coli zu verstehen. Dies betrifft (i) die Wahrnehmung von Umwelt- und zellulären Signalen durch N-terminale Sensordomänen einer neuen Klasse von PDEs, sowie (ii) die Wahrnehmung von c-di-GMP durch neue und unorthodoxe Effektormechanismen. Folgende Systeme sollen im Einzelnen untersucht werden: -Redox-Kontrolle der cytoplasmatischen Enzymaktivität über Disulfidbrückenbrückenbildung und proteolytischer Prozessierung in der periplasmatischen Domäne der sechs E. coli-PDEs mit CSS-EAL-Domänenarchitektur- Molekulare Struktur, Funktion und Zielorte von YbjK, einem DeoR-ähnlichen Transkriptionsfaktor, der c-di-GMP in Form eines G-Quadruplexes zu binden scheint- Transkriptionsregulation durch PdeL, einem LuxR-EAL-Domänenprotein, das als lokal wirkende, c-di-GMP-bindende und abbauende 'Trigger-PDE' und Transkriptionsfaktor fungiert- Struktur und Funktion eines potenziellen c-di-GMP-Riboswitches in der intergenen Region der mRNA des orf0317-pdeL Operons, der die Expression von PdeL inhibitiert.Zudem soll die Integration all dieser molekularen Prozess in das große regulatorische Netzwerk, das die Matrixproduktion kontrolliert und damit Funktionalität und Architektur des Biofilms generiert, untersucht werden.Durch die Fokussierung auf den sensorischen 'Input' bei der Kontrolle von DGCs und PDEs, c-di-GMP-bindende Effektorkomponenten und Mechanismen der 'lokalen' c-di-GMPvermittelten Signaltransduktion sollte dieses Projekt signifikant zur Erreichung der Ziele des SPP 1879 beitragen. Darüberhinaus werden die Ergebnisse praktische Anwendung finden, z.B. bei der Entwicklung neuer Anti-Biofilmstrategien oder in der Synthetischen Biologie.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1879: Nucleotide Second Messenger Signaling in Bacteria