Kardiolipine: Erforschung ihrer Diversität, Biosynthese und Rolle bei der Membrananpassung von Pathogenen an Umgebungsstress.

• Antragsteller: Dr. Marten Exterkate
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557049601

Kardiolipine sind strukturell einzigartige Phospholipide, die universell in energieübertragenden Membranen in allen Lebensbereichen vorkommen. Im Allgemeinen bestehen Kardiolipine aus vier hydrophoben, sperrigen Lipidschwänzen, die mit einer kleinen hydrophilen Kopfgruppe verbunden sind und eine charakteristische kegelförmige Form aufweisen, die mit der Krümmung von Membranen in Verbindung gebracht wird (z. B. an den Zellpolen und an der Teilungsstelle). Das häufigste und am besten untersuchte Cardiolipin ist 1,3-Bis(sn-3'-phosphatidyl)-sn-Glycerin oder einfach Glycerin-Di-Phosphatidyl-Cardiolipin (Gro-DPCL), dessen Kopfgruppe zwei Phosphate enthält, die durch ein Glycerineinheit verbunden sind. Interessanterweise wurden in Bakterien und Archaeen auch andere Cardiolipin-Arten identifiziert, die eine Vielzahl unterschiedlicher Kopfgruppen aufweisen, darunter Mehrfachzucker, zusätzliche Sulfatgruppen und Aminosäuren. Allerdings ist kaum etwas über ihre Synthese bekannt, unter welchen Bedingungen sie produziert werden und welche zellulären Funktionen sie besitzen. In einem ersten Schritt zur Beantwortung dieser Fragen haben wir eine Cardiolipin-Synthase aus Methanospirillum hungatei (MhCls) identifiziert, gereinigt und charakterisiert, für die eine bemerkenswerte Substrat-Promiskuität beobachtet wurde. Durch die Zugabe verschiedener Substrate konnte eine breite Palette von Phospholipiden und Cardiolipinen synthetisiert werden, das darauf hindeutet, dass ein einziger Enzymtyp für die Synthese verschiedener Cardiolipinarten verantwortlich sein könnte. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass einige Cardiolipine bei veränderten Umweltbedingungen (z. B. osmotischer Schock, Nährstoffmangel, Antibiotika Zugabe) fluktuieren, was auf eine Rolle bei der Anpassung der Membran an Umweltstress schließen lässt. Interessanterweise scheint bei diesen Prozessen die einzigartige Chemie der Kopfgruppe eine zentrale Rolle zu spielen, was die strukturell vielfältige Familie der Cardiolipine zu einem interessanten Ziel für weitere Untersuchungen macht. In diesem Projekt schlagen wir vor: (1.) MhCls als Modell für die Cardiolipin-Synthese zu untersuchen, um die Substrat-Promiskuität und den enzymatischen Mechanismus auf molekularer Ebene weiter zu entschlüsseln. (2.) Ausweitung unserer Forschung auf die Synthese verschiedener Cardiolipine durch die Identifizierung, Reinigung und Charakterisierung anderer (mutmaßlicher) Cardiolipin-Synthasen. Wir werden uns hier insbesondere auf die Herstellung von Glycocardiolipinen konzentrieren, die nur eine Phosphateinheit und eine Zuckerkopfgruppe enthalten. (3.) systematisch die Kardiolipin-Reaktion auf verschiedene Umweltstressbedingungen bei bakteriellen Krankheitserregern untersuchen und die mögliche Rolle von Kardiolipinen bei der angeborenen Immunantwort erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen