Einfluss von Bikarbonat auf die Fruchtkörper-Entwicklung von filamentösen Ascomyceten
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden die Strukturen und Funktionen von dem Bikarbonat produzierenden Carboanhydrasen (CAs) aus dem Hyphenpilz Sordaria macrospora untersucht. S. macrospora kodiert vier CAs: drei β-CAs (CAS1, CAS2 und CAS3) und eine α-CA (CAS4). Während CAS1 und CAS2 β-CAs des Pflanzentyps sind, handelt es sich bei CAS3 um eine CA des CAB-Typs. Im Focus dieses Antrags stand die Analyse der α-CA CAs4. Wir konnten zeigen, dass es sich bei CAS4 um ein sezerniertes Protein handelt, das in das vegetative Wachstum und die Keimung der Ascosporen involviert ist. Durch genetische Kreuzungen konnten wir mit Hilfe der erzeugten Δcas4 Mutante und mit vorhandenen Doppelmutanten, Dreifach-CA-Mutanten und sogar eine Vierfach-CA-Mutante erzeugen, die keine CA mehr kodieren kann. Im Gegensatz zu anderen bislang beschriebenen Pro- und Eukaryoten konnten wir erstmalig zeigen, dass ein Pilz ganz ohne CAs unter normalen Umgebungsluft-Bedingungen lebensfähig ist. Durch Änderung des Wachstumsverhaltens von einem Wachstum auf der Oberfläche des Substrates zu einem submersen Wachstum im Substrat kann die S. macrospora CA-Vierfachmutante den Verlust der CAs kompensieren. Ohne CAs kann S. macrospora nur noch sehr langsam wachsen und ist nicht mehr in der Lage reife Fruchtkörper auszubilden. Einen weiteren Schwerpunkt dieses Antrags bildete die strukturelle Analyse der β-CAs CAS1 und CAS2. Beide Enzyme konnten heterolog in E. coli produziert werden und homogen gereinigt werden. Dies erlaubte, in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Supuran (Florenz), die Bestimmung der enzymkinetischen Konstanten. Beide Enzyme werden anders als viele andere β-CAs nur schwach durch Anionen inhibiert, was sie für industrielle Anwendungen, wie z.B. die CO2-Sequestrierung, interessant machen. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Ficner (Göttingen) konnte die Kristallstruktur von CAS1 und CAS2 bestimmt werden. Beide Enzyme bilden eine tetramere Struktur aus, die bislang noch nicht für β-CAs aus Pilzen beschrieben wurde.
Publications
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Crystal structures of two tetrameric ß-carbonic anhydrases from the filamentous ascomycete Sordaria macrospora. FEBS Journal, 281,7, April 2014, Pages 1759-1772
Lehneck R, Neumann P, Vullo D, Elleuche S, Supuran CT, Ficner R, Pöggeler S
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The filamentous ascomycete Sordaria macrospora can survive in ambient air without carbonic anhydrases. Mol Microbiol, 92,5, June 2014, Pages 931-944
Lehneck R, Elleuche S, Pöggeler S
