Function of ATP binding cassette (ABC) transporters in Mycobacterium tuberculosis with focus on carbohydrate permeases and antibiotic exporters
Final Report Abstract
Mycobakterien sind von einer ungewöhnlich lipidreichen Zellwand umgeben, welche zwei Hauptpermeabilitätsbarrieren aufweist: die Zytoplasmamembran und die Mycomembran. Die meisten Moleküle können nicht durch passive Diffusion entlang eines Konzentrationsgradienten in die mycobakterielle Zelle eindringen oder diese verlassen, sondern müssen von spezifischen Transportern über diese Membranstrukturen transloziert werden. Eine wichtige Gruppe von Permeasen, welche den hoch-selektiven bidirektionalen Transport diverser Moleküle über die Zytoplasmamembran vermitteln, sind die Adenosine triphosphate (ATP)-binding cassette transporters (ABC-Transporter), welche den Transport eines Substrats entgegen eines Konzentrationsgradienten an die Hydrolyse von ATP koppeln. Das Genom des Tuberkuloseerregers Mycobacterium tuberculosis umfasst 37 ABC Transporter-Genloci. Besonders wenig ist über Glycokonjugat-Transporter in M. tuberculosis bekannt. Nur von einem Glycokonjugat-ABC-Importer konnte bislang die Funktion aufgeklärt werden (LpqY-SugABC). Ziel des Projekts war die funktionelle Untersuchung von vier putativen M. tuberculosis Glycokonjugat-ABC Transportern mit bislang unklarer Funktion: (1) UgpA-UgpE-UgpB-UgpC, (2) Rv1456-Rv1457-Rv1458, (3) Rv2038c-Rv2039c-Rv2040c-Rv2041c, und (4) Rv3781-Rv3783. Die prinzipielle Vorgehensweise lag zunächst in der Generierung von ortsspezifischen Mutanten von M. tuberculosis, wobei durch deren anschließende phänotypische Charakterisierung Hinweise über Substratspezifität und Funktion der untersuchten ABC-Transporter erhalten werden sollte. Für die Transporter UgpA-UgpE-UgpB-UgpC, Rv1456-Rv1457-Rv1458, Rv2038c-Rv2039c-Rv2040c-Rv2041c wurden ortspezifische Gendeletionsmutanten im virulenten M. tuberculosis Stamm H37Rv erzeugt, wobei jeweils alle Transporterkomponenten gleichzeitig inaktiviert wurden. Es konnte aber selbst durch umfangreiche verschiedenste komparative, phänotypische Analysen kein reproduzierbarer Phänotyp der Mutanten im Vergleich zum Wildtyp gefunden werden. Somit konnten im Rahmen dieses Projekts keine Hinweise auf die möglichen Substrate sowie die biologische Funktion dieser ABC Transporter erzielt werden. Beim putativen ABC-Exporter Rv3781-Rv3783, der eine Rolle in der Biosynthese des Zellwandpolysaccharids Arabinogalactan spielen soll, konnte mit Hilfe von konditionalen Mutanten nachgewiesen werden, dass beide Transporterkomponenten strikt essentiell für das Wachstum von M. tuberculosis in vitro sind. Beim homologen Transporter Msmeg_6366-Msmeg_6369 im nicht-virulenten Modellorganismus M. smegmatis wurde nachgewiesen, dass hier nur die ATP-hydrolysierende Domäne Msmeg_6366 essentiell ist, während es für die Transmembrandomäne Msmeg_6369 wohlmöglich ein Gen mit redundanter, kompensatorischer Funktion gibt. Die konditionalen Mutanten stellen eine gute Ausgangsbasis für zukünftige funktionelle Charakterisierung dieses ABC-Transporters dar, der aufgrund seiner Essentialität ein interessantes neues potentielles Antibiotikatraget in M. tuberculosis repräsentiert.
