Assemblierung und Reifung der Eisen-Schwefel-Zentren der Nitrogenase

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Einsle
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 311061829

Nitrogenase, eine aus zwei Komponenten bestehende enzymatische Maschine, katalysiert die reduktive Fixierung atmosphärischen Distickstoffs zu bioverfügbarem Ammonium. Ihre Subkomplexe, das ATP-hydrolysierende Eisenprotein und die katalytisch aktive Dinitrogenase, enthalten komplexe Eisen-Schwefel-Zentren, deren Zusammenbau eine dezidierte und aus vielen Schritten bestehende Reifungskaskade benötigt. Obwohl die Reihenfolge der Assemblierungsschritte in der Reifung der Cofaktoren der Nitrogenase weitgehend verstanden ist, ist das gegenwärtige Wissen über die molekularen Details und Mechanismen der einzelnen Reifungsfaktoren nach wie vor lückenhaft. Mit der Fähigkeit, Varianten und Deletionsstämme des diazotrophen Modellorganismus Azotobacter vinelandii zu erzeugen, werden wir diese offenen Fragen im vorliegenden Projektantrag adressieren. Dabei konzentrieren wir uns auf die drei Hauptschritte der Reifung der Nitrogenase-Cofaktoren, den NifSU-Komplex, der die [4Fe:4S]-Grundbausteine für die weitere Assemblierung liefert, das radical/SAM-Enzym NifB, an dem zwei solcher Cluster in einen komplexen Vorläufer der Cofaktoren umgewandelt werden, sowie das Gerüstprotein EN, an dem die Cofaktor-Reifung durch Einbau eines apikalen Heterometalls, Mo oder V, vervollständigt wird. Affinitätsmarkierte Konstrukte aller drei Komplexe sind entweder bereits verfügbar oder werden im Lauf des Projekts generiert werden. Alle beteiligten Enzyme werden dann proteinkristallographisch und spektroskopisch charakterisiert, wofür die breite Methodenpalette, die das SPP 1927 zur Verfügung stellt, unerlässlich ist. Weiterhin werden wir spatially refined anomalous dispersion (SpReAD) Verfeinerungen nutzen, um experimentelle Einblicke in einige der komplexen Metallcluster zu erhalten, die innerhalb des Konsortiums untersucht werden.

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