Molecular principles of c-di-GMP signaling cascades in Escherichia coli
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Biofilmbildung gilt als Ursache von vielen chronischen bakteriellen Infektionen. Der ubiquitär in Bakterien vorkommende Botenstoff zyklisches dimeres GMP (c-di-GMP) nimmt eine Schlüsselstellung in der Regulation der Biofilmbildung ein. In Escherichia coli stimuliert c-di-GMP die Produktion von adhäsiven Protein- und Polysaccharidstrukturen. Synthese und Abbau von c-di-GMP wird von Diguanylatzyklasen und Phosphodiestaresen katalysiert, deren Aktivität durch sensorische Domänen moduliert wird. E. coli besitzt eine Vielzahl dieser Enzyme, von denen insbesondere die Diguanylatzyklase DgcZ die Biofilmbildung spezifisch stimuliert. In diesem Projekt wurden molekulare Grundlagen der spezifischen funktionellen Assoziation dieser Diguanylatzyklase mit der Biofilmbildung untersucht. DgcZ besitzt eine katalytische und eine Zn2+-Bindedomäne. Es wurde gezeigt, dass die Aktivität der katalytischen Domäne durch Zn2+-Bindung inhibiert wird. Flagellen und das Exopolysaccharid Poly-beta-1,6-N-acetyl-glucosamin (poly-GlcNAc oder PGA) sind wichtige Faktoren für die Adhäsion von E. coli-Zellen an Oberflächen. Nach Kontakt der Zelle mit einer Oberfläche nimmt DgcZ eine verbindende Schlüsselstellung in der Regulation dieser Prozesse ein. In diesem Projekt wurde eine Verbindung zwischen der DgcZ-vermittelten c-di-GMP-abhängigen Regulation der PGA-Biosynthese und der Regulation der Flagellen gefunden, für die eine Interaktion von DgcZ und FliG mit dem FRD (Fumaratreduktase)-Komplex von Bedeutung sein könnte. Der FRD-Komplex ist für die anaerobe Atmung von Bedeutung und an der Kontrolle der Assemblierung der Flagellen beteiligt. Wir schlagen ein Modell vor, in dem Oberflächenkontakt die Produktion von Superoxyd durch den FRD-Komplex stimuliert und durch die Interaktion des FRD-Komplexes mit DgcZ zu einer erhöhten c-di-GMP Produktion führt, die einerseits über YcgR die Flagellenaktivität hemmt und über PgaC und PgaD die PGA-Produktion stimuliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2013. Allosteric activation of exopolysaccharide synthesis through cyclic di-GMP-stimulated protein-protein interaction. EMBO J 32:354-368
Steiner S, Lori C, Boehm A, Jenal U
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2013. Structure and signaling mechanism of a zinc-sensory diguanylate cyclase. Structure 21:1149-1157
Zähriger F, Lacanna E, Jenal U, Schirmer T, Boehm A
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2015. Expression and genetic activation of cyclic di-GMP-specific phosphodiesterases in Escherichia coli. J Bacteriol 198:448-462
Reinders A, Hee CS, Ozaki S, Mazur A, Boehm A, Schirmer T, Jenal U
