Die strukturelle und mechanistische Grundlage der K(+)-Translokation durch das KtrAB-System

• Antragstellerin: Professorin Dr. Inga Hänelt
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248766510

Die Superfamilie der K(+)-Transporter (SKT) vereinigt Proteine aller Reiche mit Ausnahme der Tiere, welche K(+) und/oder Na(+) über die Plasmamembran translozieren. Diese Proteine stellen Schlüsselkomponenten der Osmoregulation, der pH-Homöostase und der Resistenz gegen hohe Salinität und Trockenheit dar. SKT-Proteine sind nahe Verwandte klassischer K(+)-Kanäle wie KcsA, zeigen aber auch deutliche Unterschiede, welche ihrer veränderten Funktion zugeschrieben werden. Innerhalb der SKT-Proteine setzten sich eukaryotische Mitglieder lediglich aus der translozierenden Untereinheit zusammen, während prokaryotische Mitglieder durch mindestens eine zusätzliche cytoplasmatische Untereinheit reguliert werden. Die momentane Hypothese lautet, dass die translozierenden Untereinheiten prokaryotischer Mitglieder Kanal-ähnliche Aktivitäten aufweisen, während die regulatorischen Untereinheiten dem System möglicherweise Tranportaktivität vermitteln, welche für die physiologische Bedeutung des Systems notwendig ist. Ziel dieser Untersuchung ist es, das Na(+)-abhängige K(+)-translozierende KtrAB-System aus Bakterien zu untersuchen, wobei KtrB die K(+)-translozierende Untereinheit darstellt und KtrA dem System Na(+)-Abhängigkeit, K(+)-Spezifität und eine erhöhte Transportgeschwindigkeit vermittelt. Für KtrB wurde gezeigt, dass dieses ein einzigartiges Sequenzmotiv beinhaltet, welches als innermolekulares "Gate" den K(+)-Fluss kontrolliert. Die genaue Funktion und Regulation des Ktr-Systems aber ist unbekannt. Durch den kombinierten Einsatz von Röntgenkristallisation, ESR-Messungen sowie elektrophysiologischen und Transportversuchen am gereinigten, rekonstituierten Proteinen sollen die offenen Fragen geklärt werden, (i) welchen strukturellen und somit auch funktionellen Einfluss die Anwesenheit von KtrA auf KtrB hat, (ii) welche molekularen Mechanismen den K(+)-Fluss innerhalb des Systems kontrollieren und (iii) ob Na(+) als Ligand gebunden die Kanalaktivität reguliert oder tatsächlich als Kopplungsion zusammen mit K(+) transportiert wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen