Raumzeitliche Assemblierung und Funktion des modularen Formiat-Hydrogenlyase Komplexes

• Antragstellerin: Dr. Constanze Pinske
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310984203

Während der Anzucht von Escherichia coli unter fermentativen Bedingungen entsteht durch Disproportionierung von Formiat Wasserstoff (H2). Verantwortlich hierfür ist der außergewöhnliche, aus sieben Untereinheiten bestehende Formiat Hydrogenlyase (FHL) Komplex, welcher eine hohe strukturelle Ähnlichkeit zum respiratorischen NADH Dehydrogenase Komplex I aufweist. FHL besteht aus einer zytoplasmatischen Domäne welche sich aus einer Molybdän abhängigen Formiatdehydrogenase (Formiat DH), durch welche Formiat zu CO2 und Elektronen oxidiert wird, und einer [NiFe] Hydrogenase, welche diese Elektronen zur Bildung von H2 nutzt. Beide katalytischen Untereinheiten sind durch drei weitere Eisen Schwefel Cluster tragende Elektronentransferproteinen elektronisch miteinander verbunden. Zusätzlich ist diese zytoplasmatische Domäne mit einer Membrandomäne assoziiert, die aus den zwei Untereinheiten HycC und HycD zusammengesetzt ist.Trotz des Erfolgs der Reinigung des gesamten Komplexes oder stabiler Unterkomplexe und des Nachweises der Aktivität des FHL in Nativ PAGE (1, 2), sind Schlüsselprozesse der Protein spezifischen Reifung und Assemblierung des FHL Komplexes nach wie vor unverstanden. Besonders die Funktion des nicht strukturellen, Metall bindenden Chaperons HycH, welches Einfluss auf die FHL Aktivität während der Assemblierung nimmt, ist weitestgehend unbekannt. Eine weitere offene Frage stellt die Art der gegenseitigen Beeinflussung der Hydrogenase, der Formiat DH und der verschiedenen [FeS] Cluster tragenden Untereinheiten miteinander dar, sowie deren Einfluss auf die FHL Funktion.Perspektivisch stellt der FHL Komplex auf Grund seiner Wasserstoffproduktion einen vielversprechenden Kandidaten für die biotechnologische H2 Produktion dar. Zusätzlich zeigt unsere Arbeit auch, dass eine Nutzung zur CO2 Fixierung möglich ist. Durch das Verständnis des Zusammenspiels der Metallhaltigen Untereinheiten sowie ihrer spezifischen Anforderungen während der Reifung und durch die daraus resultierende Identifizierung des Idealzeitpunktes der Assemblierung wird es zu einer signifikanten Verbesserung der Komplexstabilität kommen. Dadurch könnte der FHL Komplex bereits etablierte, biotechnologische H2 generierende Systeme auf Grund seiner einfachen Anwendbarkeit verdrängen. Daher fokussieren die geplanten Arbeiten auf die biochemische Charakterisierung der FHL Assemblierung nach der Kafaktor Insertion und die mechanistische Einbindung seiner Reifungsproteine dabei zu klären.

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