Biogenese und molekulare Adaptation des NDH-1 Membranproteinkomplexes in Cyanobakterien
Final Report Abstract
Der cyanobakterielle NDH-1 Membranproteinkomplex, der eine strukturelle und funktionale Ähnlichkeit zu Komplex I der mitochondrialen Atmungskette besitzt, ist nicht nur an der Respiration, sondern auch am photosynthetischen Elektronentransport und an speziellen CO2-Konzentrierungsmechanismen beteiligt. Diese funktionale Vielfalt beruht auf einem modularen Konzept, bei dem einzelne Module je nach Bedarf unterschiedlich kombiniert werden können. Derzeit sind vier unterschiedliche Komplexvarianten (NDH-1L, NDH-1L’, NDH-1MS, NDH-1MS’) bekannt, die aus der Kombination des NDH-M Basismoduls mit den Untereinheiten NdhD1/F1 (NDH-1L), NdhD2/F1 (NDH-1L’), NdhD3/F3/CupA/CupS (NDH-1MS) und NdhD4/F4/CupB (NDH-1MS’) hervorgehen. Im Rahmen des Projektes konnte die Isolierung der Varianten NDH-L (Respiration/Photosynthese) und NDH-(M)S (CO2-Konzentrierung) mittels Affinitätschromatographie etabliert und optimiert werden, sodass z.B. mit Hilfe massenspektrometrischer Verfahren die genaue Untereinheitenzusammensetzung des Komplexes ermittelt werden konnte. Die neu entdeckte, kleine Untereinheit NdhP wurde auf diese Weise dem NDH-L Komplex zugeordnet. Weiterhin konnte durch die elektronenmikroskopische Analyse einer NdhP-GFP Fusion die Position der Untereinheit im Komplex bestimmt werden und es konnte durch die biochemische Analyse der entsprechenden Deletionsmutante nachgewiesen werden, dass diese vormals auf Grund ihrer geringen Größe übersehenen Untereinheit eine essentielle Funktion für den NDH-L Komplex besitzt. Darüber hinaus wurde erstmals mit CupS die Struktur einer spezifischen Untereinheit des NDH-1MS Komplexes aufgeklärt. Dazu wurde CupS rekombinant in E. coli exprimiert und mittels NMR- Spektroskopie untersucht. Die Struktur ist ähnlich zu der von Fasciclinen, einer ubiquitär vorkommenden Gruppe von Proteinen, die an Zelladhäsionsprozessen beteiligt ist. Allerdings bestehen einige signifikante Unterschiede zwischen CupS und Fasciclinen (z.B. die Position der drei N-terminalen Helices), die wahrscheinlich auf einen anderen Bindemodus zurückzuführen sind, da CupS im Gegensatz zu Fasciclinen Bestandteil eines Komplexes ist. Die spezifische Funktion von CupS bzw. der NDH-S Komplexvariante soll in Zukunft durch die Aufklärung der Komplexstruktur genauer untersucht werden.
Publications
- (2014) The 5 kDa Protein NdhP Is Essential for Stable NDH-1L Assembly in Thermosynechococcus elongatus. PLoS One 9:e103584
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(See online at https://doi.org/10.1007/s12104-014-9567-x) - (2015) Solution structure of the NDH-1 complex subunit CupS from Thermosynechococcus elongatus BBA Bioenergetics1847:1212-1221
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(See online at https://doi.org/10.1016/j.dib.2015.12.004)
