Identifikation von DivIVA/GpsB-abhängigen Prozessen in Listeria monocytogenes

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sven Halbedel
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223759939

• Erstellungsjahr: 2020

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt haben wir die Rolle der DivIVA/GpsB-Proteine in dem Gram-positiven Bakterium Listeria monocytogenes studiert. Wir haben eine Funktion von DivIVA in der Zellteilung dieses Erregers nachgewiesen und gezeigt, dass diese Funktion durch eine bestimmte Mutation in divIVA von der vormals bekannten Rolle von DivIVA in der Autolysinsekretion abgetrennt werden kann. Wir haben weiterhin den Phänotyp einer gpsB-Mutante untersucht und konnten nachweisen, dass GpsB eine Rolle in der Peptidoglykanbiosynthese spielt. Durch Auflösung der Struktur von GpsB, sowie genetische und biochemische Experimente gelang schließlich der Beweis, dass GpsB für die korrekte Funktion des Penizillin-bindenden Proteins PBP A1 notwendig ist. Gemeinsam mit Kooperationspartnern haben wir anschließend aufgezeigt, wie GpsB und PBP A1 miteinander interagieren und ein Modell des Komplexes beider Proteine entwickelt. Ein interessanter Phänotyp der gpsB-Mutante bestand darin, dass diese Mutante nicht mehr in der Lage war, bei erhöhter Temperatur zu wachsen, aber diesen Wachstumsdefekt durch Bildung spontaner Suppressormutanten zu korrigieren. Dieses Phänomen eröffnete uns den Zugang zu Genen, deren Inaktivierung den gpsB-Phänotyp unterdrückt, und es zeigte sich, dass diese Gene in die Regulation der Peptidoglykanbiosynthese eingreifen. Unter den gpsB-Suppressorgenen waren mit reoM und reoY zwei bislang nicht-charakterisierte Gene mit unbekannter Funktion. In unseren weiterführenden Studien haben wir die Funktion von ReoM und ReoY aufgeklärt. Demnach ist ReoM ein Substrat der PASTA- Serin/Threonin-Proteinkinase PrkA und die Phosphorylierung von ReoM beeinflusst in Synergie mit ReoY die Aktivität der Protease ClpCP. Wir konnten zeigen, dass MurA, das erste Enzym der Peptidoglykanbiosynthese, durch ClpCP abgebaut wird und dass dieser Schritt von PrkA, ReoM und ReoY beeinflusst wird. Diese Proteine aktivieren die Peptidoglykanbiosynthese und ermöglichen so die Korrektur des gpsB-Phänotyps. Damit haben wir einen neuen Regulationsmechanismus der Peptidoglykanbiosynthese beschrieben, mit deren Hilfe Gram-positive Bakterien wie L. monocytogenes die Biosynthese ihrer Zellwand an die herrschenden Wachstumsbedingungen anpassen können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 2014. A function of DivIVA in Listeria monocytogenes division site selection. Mol Microbiol. 94:637-54
  Kaval, K. G., Rismondo, J., Halbedel, S.
  
• 2015. Discrete and overlapping functions of peptidoglycan synthases in growth, cell division and virulence of Listeria monocytogenes. Mol Microbiol. 95:332-51
  Rismondo, J., Möller, L., Aldridge, C., Gray, J., Vollmer, W., Halbedel, S.
  
• Phenotypes Associated with the Essential Diadenylate Cyclase CdaA and Its Potential Regulator CdaR in the Human Pathogen Listeria monocytogenes. J Bacteriol. 2015 Nov 2;198(3):416-26
  Rismondo, J., Gibhardt, J., Rosenberg, J., Kaever, V., Halbedel, S., Commichau, F. M.
  
• 2016. Structure of the bacterial cell division determinant GpsB and its interaction with penicillin-binding proteins. Mol Microbiol. 2016 Mar;99(5):978-98
  Rismondo, J., Cleverley, R. M., Lane, H. V., Großhennig, S., Steglich, A., Möller, L., Mannala, G. K., Hain, T., Lewis, R. J., Halbedel, S.
  
• 2016. Subunit Arrangement in GpsB, a Regulator of Cell Wall Biosynthesis. Microb Drug Resist. 2016 Sep;22(6):446-60
  Cleverley, R. M., Rismondo, J., Lockhart-Cairns, M. P., Van Bentum, P. T., Egan, A. J., Vollmer, W., Halbedel, S., Baldock, C., Breukink, E., Lewis R. J.
  
• 2017. Genetic Dissection of DivIVA Functions in Listeria monocytogenes. J Bacteriol. 2017 Nov 14;199(24):e00421-17
  Kaval, K. G., Hauf, S., Rismondo, J., Hahn, B., Halbedel, S.
  
• 2017. Suppressor Mutations Linking gpsB with the First Committed Step of Peptidoglycan Biosynthesis in Listeria monocytogenes. J Bacteriol. 2016 Dec 13;199(1):e00393-16
  Rismondo, J., Bender, J. K., Halbedel, S.
  
• 2018. Stimulation of PgdA- dependent peptidoglycan N-deacetylation by GpsB-PBP A1 in Listeria monocytogenes. Mol Microbiol. 2018 Feb;107(4):472-487
  Rismondo, J., Wamp, S., Aldridge, C., Vollmer, W., Halbedel, S.
  
• 2019. Cell shape and antibiotic resistance are maintained by the activity of multiple FtsW and RodA enzymes in Listeria monocytogenes. mBio. 2019 Aug 6;10(4). pii: e01448-19
  Rismondo, J., Halbedel, S., Gründling, A.
  
• 2019. PadR-type repressors controlling production of a non-canonical FtsW/RodA homologue and other trans-membrane proteins. Sci Rep. 2019 Jul 11;9(1):10023
  Hauf, S., Möller, L., Fuchs, S., Halbedel, S.
  
• 2019. Structural basis for interaction of DivIVA/GpsB proteins with their ligands. Mol Microbiol. 2019 Jun;111(6):1404-1415
  Halbedel, S., Lewis, R. J.
  
• 2019. The cell cycle regulator GpsB functions as cytosolic adaptor for multiple cell wall enzymes. Nat Commun. 2019 Jan 16;10(1):261
  Cleverley, R. M., Rutter, Z. J., Rismondo, J., Corona, F., Tsui, H. T., Alatawi, F. A., Daniel, R. A., Halbedel, S., Massidda, O., Winkler, M. E., Lewis, R. J.
  
• 2020. Karriere, Köpfe, Konzepte: Homöostase der Zellwand in Bakterien. Biospektrum. 26, 686 (2020)
  Halbedel, S.
  
• 2020. Population structure-guided profiling of antibiotic resistance patterns in clinical Listeria monocytogenes isolates from Germany identifies pbpB3 alleles associated with low levels of cephalosporin resistance. Emerg Microbes Infect. 2020 Jul 21:1-36
  Fischer, M. A., Wamp, S., Fruth, A., Allerberger, F., Flieger, A., Halbedel, S.
  
• 2020. PrkA controls peptidoglycan biosynthesis through the essential phosphorylation of ReoM. Elife. 2020 May 29;9:e56048
  Wamp, S., Rutter, Z. J., Rismondo, J., Jennings, C. E., Möller, L., Lewis, R. J., Halbedel, S.