beta/alpha/beta/beta/beta-Modulproteine in Resistenz und Metabolismus von Pseudomonas aeruginosa

• Antragsteller: Professor Dr. Wulf Blankenfeldt
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235474366

Bis heute wurden die Genome von mehr als 3000 Spezies sequenziert, doch ein Großteil dieser Information kann nicht gedeutet werden, weil die Funktion vieler Gene und ihrer Produkte unbekannt ist. Dieses Annotierungs-Problem behindert unser Verständnis der mole-kularen Grundlagen des Lebens und schränkt die Verwendung der vorhandenen Daten in Biotechnologie und Medizin stark ein.Eine zuverlässige Annotierung allein durch computergestützte Sequenzanalyse ist derzeit nicht möglich und verschiedene experimentelle Techniken müssen synergistisch eingesetzt werden, um Gene in ihrer Funktion zu charakterisieren. Im hier vorgestellten Projekt kombinieren wir in-silico-Analyse mit biochemischen, strukturellen und mikrobiologischen Experimenten, um die Funktion aller Mitglieder der Glyoxalase-I/Bleomycin-Resistenzprotein-Familie aus dem Genom des bakteriellen Pathogens Pseudomonas aeruginosa zu ermitteln. Diese Proteine enthalten zwei bis vier beta/alpha/beta/beta/beta-Module (babbb-Module), und erst vier der 22 entsprechenden Gene in P. aeruginosa sind bisher charakterisiert.Sequenzanalysen zeigen, dass viele der betrachteten Proteine metallabhängige Vicinal-Oxygen-Chelate-Enzyme oder Proteine zur Bindung aromatischer Moleküle sind. Zudem haben wir eine weitere Gruppe mit unbekannten Funktionen identifiziert, die in der Literatur bislang nicht diskutiert wird. Erste Experimente weisen darauf hin, dass einige der babbb-Modulproteine Pyocyanin, einen toxischen Phenazinvirulenzfaktor von P. aeruginosa, binden und dass mindestens eines von ihnen an der Vermittlung von Pyocyaninresistenz beteiligt ist. Die Strukturen von acht der 22 Proteine wurden von uns und anderen Arbeitsgruppen bereits bestimmt. Zudem konnten wir zwei weitere Proteine kristallisieren. Unsere Ziele in diesem Projekt sind (i) die Bestimmung der molekularen Funktion der 18 nicht charakterisierten babbb-Modulproteine aus P. aeruginosa und die Aufklärung der zugrundeliegenden Aktivitäts- und Selektivitätsmechanismen, (ii) die Ermittlung ihrer physiologischen Bedeutung und (iii) die Annotierung verwandter Gene aus anderen Mikroorganismen anhand der Ergebnisse aus (i) und (ii). Wir werden dafür gereinigte rekombinante Proteine auf die Aktivität bekannter babbb-Modulproteine testen und ihre Struktur bestimmen, um mit Dockingrechnungen potentielle Liganden zu identifizieren. Zur Überprüfung der daraus abgeleiteten Hypothesen über die Proteinfunktion setzen wir biochemische Assays und physiolo-gische Experimente mit Mutanten von P. aeruginosa ein.Weil viele babbb-Modulproteine an der Vermittlung von Resistenzen beteiligt sind, könnten unsere Ergebnisse zu neuen Ansätzen für die Behandlung von Infektionskrankheiten führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen