Function of and signaling by blue light photoreceptors in Rhodobacter sphaeroides

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gabriele Klug
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 160105397

Aufgrund ihrer geringen Größe und der meist einzelligen Lebensweise sind Mikroorganismen ihrer Umgebung in besonderem Maße ausgesetzt. Sie müssen daher Änderungen in ihrer Umwelt wahrnehmen, um angemessen darauf reagieren zu können. Licht ist ein wichtiger Umweltfaktor, der von einigen Organsimen als Energiequelle genutzt werden kann, aber in hohen Intensitäten auch Zellen schädigt. Obwohl in vielen Bakterien Photorezeptoren gefunden wurden, sind deren biologische Funktion und die zugrunde liegenden Signalketten weitgehend unverstanden. Wir haben gezeigt, dass das Cryptochrom CryB aus dem fakultativ phototrophen Rhodobacter sphaeroides die Expression von Photosynthesegenen beeinflusst. In der ersten Förderperiode haben wir weitere Gene identifiziert, die durch CryB beeinflusst werden, und haben Blaulicht- und Singulett Sauerstoff-spezifische Effekte, aber auch einen Einfluss von CryB auf Genexpression im Dunkeln gezeigt. Der Einfluss von CryB auf die Expression von Photosynthesegenen ist zumindest teilweise auf eine Interaktion zu dem Photorezeptor AppA zurückzuführen, welcher zuvor von uns charakterisiert worden war. Die Interaktion von CryB mit einer nicht-kodierenden RNA, die Photosynthesegenexpression beeinflusst, stellt einen weiteren möglichen Signalweg dar. In Zusammenarbeit mit L.-O. Essen konnte die Kristallstruktur von CryB gelöst werden. Neben dem bekannten FAD im reaktiven Zentrum wurde eine Riboflavinvorstufe als Antennen-Kofaktor identifiziert und ein Fe-S cluster als dritter Kofaktor. Wir vermuten, dass das Fe-S cluster an den oxidativen Stress-abhängigen Funktionen beteiligt ist. Wir wollen nun CryB Varianten exprimieren, denen einzelne Kofaktoren fehlen und/oder die im Photozyklus beeinträchtigt sind. Sollte es gelingen, unterschiedliche Strukturen für die Licht- und Dunkelform von CryB zu erhalten, sollen CryB Mutanten in die Untersuchungen einbezogen werden, bei denen der Übergang zwischen den beiden Formen eingeschränkt ist. In vivo Studien sollen zeigen, wie diese Mutationen die Genexpression unter verschiedenen Bedingungen, die Stressresistenz und die Photoreaktivierung beeinflussen. In vitro Studien mit rekombinant exprimierten Proteinen werden zeigen, wie die Modifikationen die Interaktion mit anderen Proteinen oder mit Nukleinsäuren beeinflussen. Weiterhin sollen Nukleinsäuren identifiziert werden, die in vivo an CryB binden. Wir erwarten wesentliche neue Einblicke in die Signalmechanismen von bakteriellen Cryptochromen und die Bedeutung der einzelnen Kofaktoren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen