Qualitätsmanagement während der Assemblierung von bakteriellen Typ III Sekretionssystemen – eine vergleichende Studie des Aufbaus von Flagellen und Injektisomen

• Antragsteller: Professor Dr. Marc Erhardt; Professor Samuel Wagner, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426050378

Der Proteinexport durch Typ III Sekretionssysteme (T3SS) ist ein wesentlicher Prozess für die Selbstassemblierung von bakteriellen Flagellen, sowie für den Zusammenbau und die Funktion von Virulenz-assoziierten Injektisomen vieler gramnegativer Pathogene, einschließlich Salmonella enterica. Flagellen erlauben es Bakterien sich auf Oberflächen und in Flüssigkeiten zu bewegen. Injektisome hingegen dienen der Translokation einer Vielzahl verschiedener bakterieller Effektorproteine in eukaryotische Wirtszellen.Das T3SS besteht aus fünf hochkonservierten Proteinen (FliPQR FlhBA / SpaPQRS InvA), welche an der Basis von Flagellen und Injektisomen den eigentlichen Exportapparat bilden. Wir konnten vor kurzem zeigen, dass die produktive Assemblierung des T3SS Exportapparats essenziell für den weiteren Aufbau von Flagellen und Injektisomen ist und, im Fall des Flagellums, ein dediziertes membrangebundenes Chaperon benötigt. Basierend auf diesen Erkenntnissen und weiterer Voruntersuchungen stellen wir die Hypothese auf, dass die Assemblierung des Exportapparats auf mehreren Ebenen stark reguliert und koordiniert ist, einschließlich der Translationsinitiation, der Membranintegration und Bildung von Sub-Komplexen.Wir streben daher durch eine vergleichende Analyse von Flagellen und Injektisomen von Salmonella enterica an, ein mechanistisches Verständnis des Qualitätsmanagements zu erlangen, welches es Bakterien ermöglicht die produktive Assemblierung des T3SS Exportapparats zu koordinieren. Insbesondere beabsichtigen wir zu untersuchen, (i) wie das Assemblierungschaperon FliO und das Signalpeptid in der Exportapparatkomponente FliP die produktive Bildung des flagellaren Exportapparats ermöglicht; (ii) welche Rolle die stark konservierte Anordnung der Gene der Exportapparatkomponenten FliPQR/SpaPQR für die Komplexassemblierung spielt; und (iii) welche Bedeutung der translationalen Kopplung von Exportapparatkomponenten in Zusammenhang mit kotranslationalem Membrantargeting, Membraninsertion und Assemblierung des FliPQR/SpaPQR zukommt.Zentrale Methoden unserer Analyse sind neben klassischen Techniken der Molekularbiologie, der bakteriellen Genetik und des Membranproteintargetings: Analyse der Topogenese mittels Cystein-Punktmutationen; Luciferase-basierte Reportersysteme für die Analyse der Translation und Funktion von T3SS; in vivo photocrosslinking, crosslinking-Massenspektrometrie und blue native PAGE zur Analyse von Protein-Protein Interaktionen und der Assemblierung von Proteinkomplexen; sowie selective ribosome profiling zur Untersuchung der Translation und des kotranslationalen Targetings der Exportapparatkomponenten. Die evolutionär verwandten und experimentell sehr zugänglichen Komponenten des T3SS Exportapparats sind ein exzellentes Modelsystem, um mittels dieser Methoden grundlegende Prinzipien des Qualitätsmanagements und der Koordinierung der Assemblierungsprozesse von Membranproteinkomplexen in einer vergleichenden Analyse zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen