Signalwahrnehmung über LuxR-Solos im Insektenpathogen Photorhabdus luminescens und im Humanpathogen Photorhabdus asymbiotica

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Heermann
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190135878

Bakterien kommunizieren über kleine diffusionsfähige Moleküle, ein Prozess, der als Quorum-sensing bezeichnet wird. Bei den am besten untersuchten Quorum-sensing-Systemen sind die Kommunikationsmolekülen acylierte Homoserinlaktone (AHL). Der Prototyp solcher Quorum-sensing-Systeme besteht aus einer LuxI-ähnlichen AHL-Synthase und einem zugehörigem LuxR-Rezeptor, welcher das Signalmolekül sensiert. Darüberhinaus findet man in vielen Proteobakterien zusätzliche oder ausschließlich LuxR-Rezeptoren ohne zugehörige LuxI-Synthase, welche als LuxR-Solos bezeichnet werden. Das insektenpathogene Enterobakterium Photorhabdus luminescens besitzt 39 solcher LuxR-Solos, welches die Höchstzahl der bisher gefundenen LuxR-Solos in einem Bakterium ist. In der vorhergehenden Förderperiode konnten wir für einen dieser LuxR-Solos, PluR, zeigen, dass dieser Teil eines neuartigen Quorum-sensing-Systems ist. Anstatt AHL sensiert PluR Alpha-Pyrone, auch Photopyrone (PPY) genannt, welche von der Pyronsynthase PpyS gebildet werden. Damit war PluR der erste LuxR-Solo, welcher ein anderes Quorum-sensing-Signal als AHL wahrnimmt. Auch das insekten- und humanpathogene Enterobakterium Photorhabdus asymbiotica besitzt einen LuxR-Solo, PauR, welcher homolog zu PluR ist. Jedoch fehlt P. asymbiotica neben einer LuxI- auch eine PpyS-Synthase. Vorarbeiten zeigten, dass PauR Dialkylresorzinole (DAR) und deren Vorläufer Cyclohexandion (CHD) anstatt PPY oder AHL sensiert. Die Untersuchung dieses neuen Zell-Zell-Kommunikationssystem von P. asymbiotica ist Teil dieses Forschungsprojektes. Weiterhin wollen wir spezifische Aminosäuremotive in den Signalbindedomänen von PluR und PauR identifizieren, die diese LuxR-Solos zu spezifischen PPY bzw. DAR/CHD-Sensoren machen und sie damit von den AHL-Sensoren unterscheiden. Außerdem untersuchen wir die DNA-Bindedomänen von PluR und PauR, um spezifische DNA-Bindemotive für diese LuxR-Solos zu definieren. Die meisten der LuxR-Solos in P. luminescens haben, anders als PluR oder PauR, eine sogenannte PAS4- anstatt einer AHL-Signalbindedomäne. Aus Vorarbeiten wissen wir, dass der PAS4-LuxR-Solo Plu2018/Plu2019 ein von der Insektenlarve Galleria mellonella produziertes Signal wahrnimmt. Die Identifizierung dieses Inter-Kingdom-Signalmoleküls ist ein weiteres Vorhaben dieses Forschungsprojektes. Da alle in diesem Projekt untersuchten LuxR-Solos für die Pathogenität der Bakterien wichtig sind und verschiedene humanpathogene Bakterien homologe Proteine besitzen, könnten diese neuartigen LuxR-Solos Zielorte für neue Medikamente und damit für die Pharmaforschung interessant sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen