Archaea-type ether lipids in Bacteria: biosynthesis, processing, and physiological function
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Geranylgeranylglycerinphosphat-Synthasen (GGGPS) katalysieren einen Schlüsselschritt in der Synthese der archaeellen Membran-Etherlipide. Es war daher überraschend, dass auch in vielen gram-positiven Bakterien mit dem PcrB-Enzym eine Polyprenylglycerinphosphat-Synthase existiert, die jedoch Heptaprenylglycerinphosphat (HepGP) synthetisiert. Dieses Produkt wird in B. subtilis dephosphoryliert und acetyliert. Im Berichtszeitraum konnten wir die Enzyme, die HepGP prozessieren, identifizieren und insbesondere die bisher unbekannte Acetyltransferase eingehend charakterisieren. Darüber hinaus konnten wir die enzymatische Aktivität einer weiteren neu entdeckten GGGPS, die in gram-negativen Bakterien vorkommt, aufklären. Nach wie vor bleibt jedoch die biologische Funktion von Etherlipiden in Bakterien unklar. Die GGGPS-Superfamilie lässt sich anhand ihrer Sequenzmerkmale in zwei Gruppen unterteilen. Zur Gruppe I gehören die GGGPS einiger Archaeen (Archeogloben, Halobakterien) sowie die bakteriellen PcrB-Proteine, welche HepGPS-Aktivität haben und v.a. in den Bacillales vorkommen. Zur Gruppe II gehören die archaeellen GGGPS aus allen anderen Phyla sowie die neu beschriebenen GGGPS aus gram-negativen Bakterien (Bacteroidetes). In einer groß angelegten Studie konnten wir die Struktur-Funktions- Beziehungen in der GGGPS-Superfamilie beleuchten und Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den beiden Gruppen sowie die Grundlage der Substratlängendeterminerung (GGGPS vs. HepGPS) herausarbeiten. In diesem Rahmen wurden Enzyme der Gruppe II erstmals strukturell untersucht. Es stellte sich insbesondere heraus, dass die Mehrheit der Gruppe II-Vertreter Hexamere sind. Wir vermuten, dass die Hexamerisierung wesentlich zur Stabilisierung des aktiven Zentrums dieser Enzyme beiträgt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008). Identification and characterization of a bacterial glycerol-1-phosphate dehydrogenase: Ni(2+)-dependent AraM from Bacillus subtilis. Biochemistry 47, 7376-7384
Guldan, H., Sterner, R., and Babinger, P.
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(2011). Functional Assignment of an Enzyme that Catalyzes the Synthesis of an Archaea-Type Ether Lipid in Bacteria. Angewandte Chemie Int. Ed. 50, 8188-8191
Guldan, H., Matysik, F.M., Bocola, M., Sterner, R., and Babinger, P.
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(2012). Dimerization determines substrate specificity of a bacterial prenyltransferase. Chembiochem 13, 1297-1303
Peterhoff, D., Zellner, H., Guldan, H., Merkl, R., Sterner, R., and Babinger, P.
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(2014). A comprehensive analysis of the geranylgeranylglyceryl phosphate synthase enzyme family identifies novel members and reveals mechanisms of substrate specificity and quaternary structure organization. Mol. Microbiol. 92, 885-899
Peterhoff, D., Beer, B., Rajendran, C., Kumpula, E.P., Kapetaniou, E., Guldan, H., Wierenga, R.K., Sterner, R., and Babinger, P.
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(2016). Identification and Characterization of Heptaprenylglyceryl Phosphate Processing Enzymes in Bacillus subtilis. J. Biol. Chem. 291, 14861-14870
Linde, M., Peterhoff, D., Sterner, R., and Babinger, P.
