Neue Aspekte für die Koordination des cyanobakteriellen Stoffwechsels: Entschlüsselung des regulatorischen Netzwerks von SbtB und c-di-AMP-Signalisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Khaled Selim
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545740724

Die Mitglieder der PII-Superfamilie sind multitaskingfähige Signalproteine, die ubiquitär in allen Domänen des Lebens vorkommen. Sie überwachen und synchronisieren die zelluläre Homeostase in Bezug auf Kohlenstoff-, Stickstoff-, Energie-, Redox- und Tag-Nachtgleichgewicht der Zelle. Dies erfolgt in erster Linie über die nicht-kovalente Bindung von Adenin-Nukleotiden, einschließlich der sekundären Botenstoffe cAMP und c-di-AMP. Zusätzlich können verschiedene posttranslationale Modifikationen weitere Hinweise auf den zellulären Stoffwechselzustand liefern. Neben den kanonischen PII-Proteinen, die an der Kohlenstoff-/Stickstoffsensorik beteiligt sind, haben sich strukturell ähnliche Proteine entwickelt, die weitere, noch wenig verstandene zelluläre Funktionen erfüllen. Kürzlich haben wir das PII-ähnliche Protein SbtB in Cyanobakterien als Kohlenstoffsensormodul identifiziert, das verschiedene Adenin-Nukleotide bindet, einschließlich der für die Homeostase wichtigen sekundären Botenstoffe cAMP und c-di-AMP. Das cAMP Molekül fungiert hier als Kohlenstoffsignal, während die Moleküle ATP/ADP/AMP den zellulären Energiezustand wiederspiegeln. Die c-di-AMP-Signalübertragung durch SbtB trägt zur Tag-Nacht-Akklimatisierung von Cyanobakterien bei, indem es den Glykogenstoffwechsel durch seine Interaktion mit dem Glykogen-verzweigenden Enzym GlgB beeinflusst. Nach unserer Kenntnis ist SbtB das erste bekannte Signalprotein, das sowohl cAMP- als auch c-di-AMP-Signale integriert. Unabhängig von SbtB hat c-di-AMP einen weitreichenden regulatorischen Einfluss auf den Zellstoffwechsel, was die Vermutung nahelegt, dass weitere, noch unbekannte c-di-AMP-Rezeptoren an der Steuerung des cyanobakteriellen Stoffwechsels beteiligt sind. Außerdem besitzt SbtB eine C-terminale Extension, die Redox-abhängig eine Disulfidbrücke ausbilden kann (R-Schleife). Die R-Schleife steuert eine ungewöhnliche redoxabhängige Diphosphohydrolase-Aktivität von SbtB, die ATP/ADP zu AMP hydrolysiert. Nach unseren neuesten Daten wirkt SbtB-AMP als "Ventilstopfen" des HCO3- Transporters SbtA, wodurch der Efflux von HCO3- verhindert wird. Darüber hinaus scheint SbtB zentrale regulatorische Informationen an verschiedene, noch zu identifizierende zelluläre Ziele zu übermitteln. Vielversprechende Kandidaten konnten durch pull-down Analysen identifiziert werden. In diesem Forschungsvorhaben werden wir uns auf die neuen zellulären Funktionen von SbtB und c-di-AMP-Signalen konzentrieren, um die molekularen Mechanismen zu erforschen, die die Dynamik ihrer zellulären Funktionen steuern. So wollen wir die molekularen Details der SbtB-Stomatin/Flotillin- und der SbtB-HisB (Imidazoleglycerinphosphat-Dehydratase)-Komplexe entschlüsseln, die die Biogenese der Thylakoidmembranen bzw. die Histidin-Biosynthese steuern. Außerdem wollen wir die molekularen und strukturellen Details der c-di-AMP-Signalübertragung bei der Steuerung der natürlichen Kompetenz und der Na+-Bioenergetik von Cyanobakterien entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: FPLC
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher