Regulation der Entwicklung in Myxococcus xanthus durch den sekundaeren Botenstoff c-di-GMP

• Antragstellerin: Professorin Dr. Lotte Sogaard-Andersen
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314485700

Die Zellen von Myxococcus xanthus initiieren ein Entwicklungsprogramm als Reaktion auf Nährstofflimitierung, welches zur Bildung von sporengefüllten Fruchtkörpern führt. Dieses Entwicklungsprogramm hängt entscheidend von einer genauen Koordinierung der zeitlich regulierten Änderung der Genexpression, Motilität und deren Regulation, interzellulärer Kommunikation, und Signalisierung durch nukleotidabhängige sekundäre Botenstoffe ab. Diese sekundären Botenstoffe umfassen das durch RelA synthetisierte (p)ppGpp und, wie wir kürzlich gezeigt haben, auch c-di-GMP. Im Vergleich zu vegetativ wachsenden Zellen sammelt sich während des Hungerzustandes c-di-GMP in erhöhten Konzentrationen an. Dieser Anstieg ist essentiell für den korrekten Ablauf dieses Entwicklungsprogramms, wohingegen überschüssiges c-di-GMP diese Entwicklung nicht beeinflusst. Die enzymatisch aktive Diguanylat-Cyklase DmxB ist essentiell für die Entwicklung und verantwortlich für die Erhöhung des c-di-GMP-Levels. Des Weiteren konnten wir zeigen, dass DmxB nur während der Entwicklung synthetisiert wird und die Exopolysaccharid-Akkumulation stimuliert, in dem es die Transkription von Genen induziert, die in der Exopolysaccharid-Synthese involviert sind. Unsere Daten unterstützen die Hypothese, dass DmxB auf multiplen Ebenen reguliert wird, einschließlich der Transkription, allosterisch und durch Phosphorylierung der N-terminalen Receiver-Domäne. Da DmxB teilweise durch eine heterologe Diguanylat-Cyklase ersetzt werden kann, belegen diese Daten, dass ein minimaler Schwellenwert von c-di-GMP essentiell für die erfolgreiche Ablauf dieses Entwicklungsprogramms ist. Weiterhin haben wir die enzymatisch aktive Phosphodiesterase PmxA als essentiell für die Entwicklung identifiziert; wohingegen ein Mangel an PmxA keine Änderung des zellulären Levels von c-di-GMP verursacht. Das Hauptziel des Projektes ist zu verstehen, wie die c-di-GMP-Akkumulation während der Entwicklung in M. xanthus reguliert wird, sowie die Effektorproteine zu identifizieren, die c-di-GMP binden und die Effekte eines veränderten c-di-GMP-Levels implementieren. Dementsprechend möchten wir uns auf drei Forschungsschwerpunkte in der ersten dreijährigen Förderperiode dieses Schwerpunktprogrammes konzentrieren. Zunächst möchten wir den sensorischen Input identifizieren, der die entwicklungsspezifische Diguanylat-Cyklase DmxB reguliert. Als nächstes Ziel gilt es die c-di-GMP bindenden Effektorproteine zu identifizieren, die während der Entwicklung aktiv sind. Als letztes soll der Mechanismus der entwicklungsspezifischen Phosphodiesterase PmxA aufgeklärt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1879: Nucleotide Second Messenger Signaling in Bacteria