Die Funktion des Formiat Dehydrogenase Orthologen und der Hydrogenasen in der Organohalidrespiration von Dehalococcoides mccartyi

• Antragsteller: Professor Dr. Gary Sawers
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 171475307

Wasserstoff ist für die Organohalidatmung der Gattung Dehalococcoides absolut erforderlich. Die Oxidation von Wasserstoff ist sowohl mit der Reduktion von Organohalid-Verbindungen bei der Energiekonservierung gekoppelt als auch an der Fixierung der obligaten Kohlenstoffquellen CO2 und Acetat beteiligt. Trotz der Tatsache, dass D. mccartyi Spezies eines der kleinsten Genome freilebender Mikroorganismen besitzen, kodiert dieses Genom für fünf verschiedene [NiFe]- Hydrogenasen. Eine dieser Hydrogenasen, HupSL, ist ein verhältnismäßig häufig vorkommendes Enzym. HupSL ist an der äußeren Seite der cytoplasmatischen Membran lokalisiert. Ein weiteres in Richtung Periplasma orientiertes Enzym stellt die Formiatdehydrogenase-ähnliche Oxidoreduktase FdhA dar. Das Enzym weist zwar hohe Ähnlichkeit auf der Aminosäure-Ebene zu den Selenocystein- und Molybdän-haltigen Formiatdehydrogenasen auf, jedoch kann ausgeschlossen werden, dass das Enzym Formiat als Substrat nutzt, da D. mccartyi weder über einen Selenocystein- noch über einen vollständigen Molybdän-Kofaktor Stoffwechselweg verfügt. Diese Tatsachen stellen nun die Frage: welche Funktion hat dieses Enzym in D. mccartyi? Die Gene fdhA-fdhB-fdhE bilden ein mutmaßliches Operon und das zweite Gen, fdhB, kodiert für ein membranständiges Protein, welches hohe Ähnlichkeit zu dem Membrananker bestimmter [NiFe]- Hydrogenasen besitzt. In der letzten Förderperiode unserer Forschergruppe (FOR1530) konnte gezeigt werden, dass die Expression der hupSL-Gene und die des Fdh-ähnlichen Enzyms durch die Anwesenheit von Organohalid-Verbindungen, nicht aber durch Wasserstoff allein, induziert wird. Biochemische Untersuchungen haben in zwei verschiedenen D. mccartyi Stämmen drei unterschiedliche Enzymkomplexe identifiziert, die eine H2: Benzylviologen Oxidoreductase Aktivität aufweisen. Durch massenspektrometrische Analysen dieser Komplexe konnte festgestellt werden, dass einer dieser Komplexe (Komplex A) die FdhA und FdhB Polypeptide sowie mindestens zwei verschiedene Reduktive Dehalogenasen beinhaltete. Ein weiteres Eisen-Schwefel-Cluster-haltiges Protein wurde identifiziert, welches Ähnlichkeit zu einer Untereinheit der anaeroben wasserstoff-oxidierenden Hydrogenasen zeigt. Dieses Polypeptid wird durch ein Gen hupX kodiert, welches zusammen mit den hupLS Genen kotranskribiert wird. Diese Daten deuten auf eine Funktion des Fdh-ähnlichen Enzyms als wasserstoff-oxidierendes Enzym hin. Der zweite Komplex (B) beinhaltete die FdhAB und HupSL Proteine sowie eine weitere Hydrogenase (VhuAG) zusammen mit Polypeptiden der sogenannten HymABC Hydrogenasen, die als NAD(P)+- bzw. ferredoxin-reduzierende Enzyme postuliert werden. Die Zusammensetzung des letzten Komplex C ähnelte der des Komplex B aber es fehlten die FdhAB Komponenten. Zusammen deuten diese Daten auf die Existenz mehrerer membran-assoziierter Superkomplexe hin, die eventuell den direkten Elektronentransfer durch Protein-Protein-Wechselwirkungen vermitteln könnten. Ein solc

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1530: Anaerobic Biological Dehalogenation: Organisms, Biochemistry, and (Eco-)physiology