Functional and structural characterization of bacterial blue-light sensitive photoreceptors

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Gärtner
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5470629

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im TP A1 wurden bakterielle Phototropin-ähnliche Photorezeptoren untersucht. Beginnend mit dem ersten prokaryotischen Vertreter dieser Substanzklasse, YtvA aus B. subtilis, wurden spektroskopische, kinetische und funktionelle Experimente zum Verständnis der molekularen Reaktivität und zur Erzeugung und Weiterleitung des biologischen Signals durchgeführt. Im weiteren Verlauf wurden, aufbauend auf Datenbank-Suchen, Gene für neuartige bakterielle LOV-Domänen Proteine identifiziert, kloniert und deren rekombinante Genprodukte funktionell charakterisiert. Besonderes Gewicht wurde hierbei auf die Demonstration lichtinduzierter Regulation ankondensierter Enzymaktivitäten gelegt. Abschliessend wurden die Arbeiten auf Metagenom-Analysen und funktionelle Charakterisierung möglicher LOV-Domänen aus diesen Daten ausgedehnt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2004) Functional variations among LOV domains as revealed by FTIR difference spectroscopy. Photochem. Photobiol. Sci. 3 575- 579
  Bednarz, B., Losi, A., Gärtner, W., Hegemann, P. and Heberle, J.
  
• (2004) Tryptophan fluorescence in the Bacillus subtilis phototropinrelated protein YtvA as a marker of interdomain interaction. Photochem. Photobiol. 80 150-153
  Losi, A., Ternelli, E. and Gärtner, W.
  
• (2005) Initial characterization of a blue-light sensing, phototropin-related protein from Pseudomonas putida: a paradigm for an extended LOV construct. PCCP 7 2804-2811
  Krauss, U., Losi, A., Gärtner, W., Jaeger, K.-E. and Eggert, T.
  
• (2005) Mutational effects on protein structural changes and interdomain interactions in the blue-light sensing LOV protein YtvA. Photochem. Photobiol. 81 1145-1152
  Losi, A., Ghiraldelli, E., Jansen, S. and Gärtner, W.
  
• (2006) Blue news: NTP-binding properties of the blue light-sensitive YtvA protein from Bacillus subtilis. FEBS Lett. 580 3818-3822
  Buttani, V., Losi, A., Polverini, E. and Gärtner, W.
  
• (2007) Conformational analysis of the blue-light sensing protein YtvA reveals a competitive interface for LOV-LOV dimerization and interdomain interactions. Photochem. Photobiol. Sci. 6 41-49
  Buttani, V., Losi, T., Eggert, T., Krauss, U., Jäger, K.-E., Cao, Z., and Gärtner, W.
  
• (2007) In vivo fluorescence without oxygen: Novel fluorescence reporters for anaerobic systems. Nature Biotechnology 25 443-445
  Drepper, T., Eggert, T., Circolone, F., Heck, A., Krauß, U., Guterl, J.-K., Wendorff, M., Losi, A, Gärtner, W., Jaeger, K.-E.
  
• (2007) NTP-binding properties of the blue-light receptor YtvA and effects of the E105L mutation. Eur. Biophys. J. 36 831-839
  Buttani, V., Gärtner, W., Losi, A.
  
• (2008) A blue light inducible two component signal transduction system in the plant pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato. Biophys. J. 94 897-905
  Cao, Z., Buttani, V., Losi, A. and Gärtner, W.
  
• (2008) Bacterial bilin- and flavin-binding photoreceptors. Photochem. Photobiol. Sci. 7 1168-1178
  Losi, A. and Gärtner, W.
  
• (2008) Shedding (blue) light on algal gene expression. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 7-8
  Losi, A. and Gärtner, W.
  
• (2009) A blue light inducible phosphodiesterase activity in the cyanobacterium Synechococcus elongatus. Photochem. Photobiol. 86 606-611
  Cao, Z., Livoti, E., Losi, A., and Gärtner, W.
  
• (2009) Distribution and Phylogeny of Light-Oxygen-Voltage-Blue-Light-Signaling Proteins in the Three Kingdoms of Life. J. Bact. 191 7234-7242
  Krauss, U., Minh, B.Q., Losi, A., Gärtner, W., Eggert, T., v. Haeseler, A., and Jäger, K.-E.
  
• (2009) In vivo mutational analysis of the Bacillus subtilis lov-domain containing protein YtvA: mechanism of lightactivation of the general stress response. J. Biol. Chem. 284 24958 – 24964
  Perez, M.A., Vreede, J., Tang, Y., Bende, O., Losi, A., Gärtner, W., and Hellingwerf, K.
  
• (2009) Mutual Exchange of Kinetic Properties by Extended Mutagenesis in Two Short LOV Domain Proteins from Pseudomonas putida. Biochemistry 48 10321-10333
  Jentzsch, K., Wirtz, A., Circolone, F., Drepper, T., Losi, A., Gärtner, W., Jaeger, K.-E., and Krauss, U.
  
• (2009) Novel Blue Light-Sensitive Proteins from a Metagenomic Approach. Env. Microbiol. 11 2388-2399
  Pathak, G.P., Ehrenreich, A., Losi, A., Streit, W., and Gärtner, W.
  
• (2010) Detection and isolation of selected genes of interest from metagenomic libraries by a DNA microarray approach. In: Methods in Molecular Biology, Streit, W.R. (ed.), pp. 299-324, Humana Press, Springer, New York
  Pathak, G.P. and Gärtner, W.
  
• (2010) Interdomain signalling in the blue light-sensing and GTP binding protein YtvA: A mutagenesis study uncovering the importance of specific protein sites. Photobiol. Photochem. Sci. 9 47-56
  Tang, Y., Cao, Z., Livoti, E., Krauss, U., Jaeger, K.-E., Gärtner, W., and Losi, A.
  
• (2010) The switch that does not flip – the blue-light receptor YtvA from Bacillus subtilis adopts an elongated dimer conformation independent of the activation state. J. Mol. Biol. 403 78-87
  Jurk, M., Dorn, M., Kikhney, A., Svergun, D., Gärtner, W., and Schmieder, P.