Clp-abhängige Proteolyse und die Rolle der McsB Argininkinase im Proteinqualitäts-Kontroll-Netzwerk niedrig GC-haltiger Gram+ Bakterien

• Antragsteller: Dr. Ulf Gerth
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278600295

Proteine entstehen normalerweise am Ribosom und werden nach einer individuellen Lebensdauer, die zwischen Minuten, Stunden oder auch Tagen variieren kann, durch proteolytische Systeme in den meisten Fällen infolge Funktionsverlustes zerstört. Clp Proteasen, mit der ClpP Protease als dem Hauptfaktor für den Großteil des Proteinabbaus, repräsentieren die wichtigsten proteolytischen Systeme in Bacillus subtilis. Die ATP-abhängige ClpCP Protease ist hauptsächlich für den Abbau Hitze-geschädigter Proteine, des Hitze-sensitiven transkriptionalen Repressors CtsR als auch für biosynthetischer Enzyme unter Glucose-Hungerbedingungen in B. subtilis verantwortlich. ClpXP scheint für die Wiederherstellung blockierter Ribosomen unter Standard-Wachstumsbedingungen durch Proteolyse ssrA-getaggter Proteine als auch der "sekundär-induzierten" oxidativen Stress-Regulatoren wie MgsR und Spx wichtig zu sein. Vor Kurzem wurde durch uns und andere die Protein-Argininphosphorylierung durch die Argininkinase McsB, die als Adaptor Protein für die ClpCP Protease agiert, beschrieben. Die Argininphosphorylierung scheint eine entscheidende und bislang unterschätzte Rolle in Gram+ Bakterien zu spielen. Die Aufdeckung einer Verbindung zwischen Argininphosphorylierung, Lebensdauer der Proteine und Proteaseaktivität stellt eine neue und vielversprechende Strategie innerhalb der ATP-abhängigen Proteolyse-Forschung in niedrig GC-haltigen Gram+ Bakterien dar. Dieser Antrag zielt auf die Untersuchung: 1.) des McsB-abhängigen Mechanismus der in vivo Erkennung und des Abbau des Proteinqualitätskontroll-Regulators CtsR, 2.) der Rolle der McsB-vermittelten Argininphosphorylierung während Stress- und Hunger-Bedingungen mittels spezifischer Trap-Mutanten, 3.) einer möglichen Existenz von Phospho-Argininproteinen in Lacto- und Streptokokken, denen McsB fehlt als auch Komplementationsstudien mit L. lactis ClpC ATPase in B. subtilis, 4.) der Clp-abhängige Degradation von ausgewählten "nutzlosen" und "arbeitslosen" Proteinen, wie der intrinsisch inaktiven Glutamat-Dehydrogenase GudB und der glukoneogenetischen GapB-Dehydrogenase unter nicht-glukoneogenetischen Wachstumsbedingungen, 5.) einer Verbindung zwischen CtsR und dem generellen Stress-Regulator SigmaB (Degradationsprofil des RsbW-SigmaB Komplexes, detaillierte Analyse des Schicksals der oxidativen Regulatoren MgsR und Spx unter Stress und der Einfluss der McsB Argininkinase, eine mögliche Beziehung zwischen dem MazEF Toxin-Antitoxin System, SigmaB und der Clp Proteolyse).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen