Struktur-Funktionsuntersuchungen zum AcuB Protein, das durch das acuABC-Operon in B. subtilis codiert wird und an der Regulation der Acetyl-CoA Synthetase durch post-translationale Lysinacetylierung beteiligt ist

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Lammers
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534243417

Bakterienzellen müssen mit sich schnell ändernden Umweltverhältnissen umgehen, eingeschlossen Veränderungen in der Versorgung mit Nährstoffen. Eine Möglichkeit den metabolischen Zustand zu erfassen, ist die Regulation von Proteinfunktionen über post-translationale Lysinacetylierung. In Bakterien wird die Acetylierung von Lysinseitenketten enzymatisch über Lysinacetyltransferasen (KATs) reguliert, die Acetyl-CoA als Donormolekül für die Acetylierung von Lysinseitenketten verwenden. Acetylierte Lysine können über Deacetylasen deacetyliert werden. Diese können in zwei Klassen eingeteilt werden, die Zn2+-abhängigen klassischen Deacetylasen (KDACs) und die NAD+-abhängigen Sirtuine. Neben der Aufgabe als Donormolekül für Lysinacetylierung durch KATs zu fungieren, ist Acetyl-CoA ein zentraler Metabolit. Acetyl-CoA kann über verschiedene Wege hergestellt werden, z.B. durch die Aktivität der AMP-bildenden Acetyl-CoA Synthetasen (Acs). Die durch Acs katalysierte Reaktion wird in zwei Haalbreaktionen eingeteilt. In der ersten Halbreaktion, der Adenylierungsreaktion, wird Acetat durch Adenylierung zu Acetyl-AMP aktiviert. Anschließend wird dieses Acetyl-AMP in der zweiten Halbreaktion zum Thioester Acetyl-CoA umgewandelt (Thioester Bildung). In der Bacillus subtilis, wird de Acetyl-CoA Synthetase AcsA stromaufwärts des acuABC-Operons codiert und revers transkribiert. Das acuABC-Operon wurde ursprünglich mit dem Abbau von Acetoin und Butandiol in Verbindung gebracht. Die Funktion der Genprodukte des acuABC-Operon sind mechanistisch nur unvollständig verstanden. Das Gen acuA codiert für eine KAT, die AcsA an einem C-terminalen Lysin, das K549, acetyliert und dadurch inaktiviert. AcuC ist eine klassische, Zn2+-abhängige Deacetylase. Es wurde gezeigt, dass AcuC das Enzym AcsA deacetylieren und damit (re-)aktivieren kann. Wie die Acetylierung von AcsA an K549 zur Inaktivierung der katalytischen Aktivität führt, ist mechansitisch nicht vollständig verstanden. Die Aufgabe des Proteins AcuB, und wie AcuB das Zusammenspiel von AcuA, Acuc und AcsA beeinflusst, ist vollständig unbekannt. Interessanterweise weisen andere Bakterienarten, wie Staphylococcus aureus, eine ähnliche Genorganisation auf. Im Gegensatz zu B. subtilis fehlt S. aureus aber das Gen acuB. Dieses deutet darauf hin, dass AcuB spezifisch in einigen Bakterienarten wichtige Funktionen übernimmt. Wir postulieren, dass AcuB eine wichtige Rolle im Zusammenspiel von AcuA, AcuC und AcsA spielt. Es könnte als Sensor des metabolischen Zustandes die Aktivität von AcuA und/oder AcuC modulieren. Die Bindung von AcuA und/oder AcuC an AcuB und Bindung von Molekülen wie NAD+, ATP, AMP und CoA/Acetyl-CoA könnte es ermöglichen, die Aktivität von AcuA und/oder AcuC an den zellulären metabolischen Zustand anzupassen und damit die Aktivität des Acetyl-CoA Synthetase AcsA zu koordinieren. Diese Daten sollen aufzeigen, ob eine Regulation von klassischer Deacetylasen durch sensorische Proteine weiter verbreitet ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen