Die kooperative Funktion von Eisen-Schwefel Clustern, der Homeostase von Metallen und der Biosynthese von Molybdoenzymen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Silke Leimkühler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310702454

In den letzten Jahren konnte eine direkte Verbindung der Molybdän-Kofaktor Biosynthese mit der Assemblierung von Eisen-Schwefel Clustern identifiziert werden. In dem Modellorganismus Escherichia coli hängt die Moco-Biosynthese dabei direkt von dem Vorhandensein von Fe-S Clustern oder Komponenten der Fe-S Cluster Assemblierungsmaschienerie auf mehreren Ebenen ab. MoaA, das Haupt-Protein im ersten Schritt der Moco-Biosynthese, enthält zwei essentielle [4Fe-4S] Cluster. Die meisten Molybdoenzyme enthalten zusätzlich zum Moco ebenfalls Fe-S Cluster die essentiell für den intramolekularen Elektronentransfer sind. Zusätzlich ist die L-Cystein-Desulfurase IscS als initiales Enzym der Fe-S Cluster Assemblierung auch an der Mobilisierung des Schwefels für die Moco-Biosynthese beteiligt. Weiterhin hängt die Expression der meisten Molybdoenzyme und der Proteine der Moco-Biosynthese von FNR, dem Transkriptionsregulator der Fumarat- und Nitrat-Reduktion, ab. Die Aktivität von FNR wiederum ist abhängig von korrekt assemblierten Fe-S Clustern unter anaeroben Bedingungen, so dass Molybdoenzyme und der Moco nicht synthetisiert werden, wenn keine Fe-S Cluster in der Zelle vorhanden sind.Die Hauptfragestellungen für die zweite Förderperiode umfassen Analysen wie die Verfügbarkeit von Eisen und der Fe-S Cluster Assemblierung die Moco Biosynthese und die Aktivität von Molyndoenzymen regulieren. Die Fragestellungen werden sowohl auf der Proteinebene als auch auf der Ebene der Genregulation untersucht. Ziel ist es das komplexe Regulationsnetzwerk von FNR auf Molybdoenzyme zu entschlüsseln. Hierbei sollen insbesondere die Proteine identifiziert werden, die am Eisen- und an der Fe-S Cluster Übergabe auf FNR und Molybdoenzyme beteiligt sind. Insbesondere sollen die spezifischen Enzyme für den [2Fe-2S] Cluster und [4Fe-4S] Cluster Einbau in Molybdoenzyme identifiziert werden. Neue regulatorische Faktoren der Genexpression auf der Ebene der Transationseffizienz in Abhängigkeit der Schwefel- und Eisenverfügbarkeit für die Synthese von Molybdoenzymen sollen identifiziert werden. Im speziellen soll die Regulation der Gene der E. coli TMAO Reduktase untersucht werden, für die wir eine Eisen- und Moco-abhängige Regulation indentifizieren konnten. Die Studien auf der Ebene der Genregulation sollen die Untersuchungen auf der Proteom- und Metallom-Ebene komplementieren. Methoden wie hochauflösende „clear native“ Elektrophorese, 2D „blue native" nLC-MS/MS, Ganzzell Mössbauer Spektroskopie, EPR Spektroskopie zusammen mit Protein-Protein Interaktionsstudien die „Microscale Thermophorese“ und Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer (FRET) beinhalten, sollen zusammen mit dem Kollaborationspartnern im Netzwerk des SPP angewendet werden. Insgesamt soll das komplexe Netzwerk der Fe-S Cluster Assemblierung und deren Einfluss auf die Synthese von aktiven Molybdoenzymen aufgeklärt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1927: Iron-Sulfur for Life