Vielfalt und funktionelle Diversität der Signalwege zyklischer Mononukleotide in Sinorhizobium meliloti

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anke Becker
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314772579

Mit der Entdeckung des ubiquitär in Bakterien verbreiteten sekundären Botenstoffs c-di-GMP und der Vielfalt c-di-GMP synthetisierender und degradierender Enzyme in einer Zeller wurde das Konzept der parallel operierenden, hochspezifischen c-di-GMP Signalwege etabliert. Diese wurden in den letzten Jahren intensiv erforscht. Dagegen ist in Mikroorganismen noch wenig über die Vielfalt und funktionelle Spezialisierung von Zyklasen bekannt, die die sekundären Botenstoffe cAMP und cGMP synthetisieren. Durch bioinformatische Analysen haben wir in symbiontisch stickstofffixierenden Vertretern der Rhizobiaceae, eine Familie der Alpaproteobakterien, eine außergewöhnlich hohe Anzahl putativer Adenylat-/Guanylatzyklase (AC/GC)-Gene identifiziert. Sinorhizobium meliloti Rm2011 besitzt 28 Klasse III AC/GC-Gene, zehn CRP-Protein-kodierende Gene und sieben Phosphodiesterase (PDE)-Gene, deren Genprodukte zyklische Mononukleotide hydrolisieren könnten. Basierend auf der Organisation der katalytischen CHD und zusätzlicher nicht-katalytischer Domänen der AC/GC-Proteine wurden diese in neun Subklassen gruppiert. Wir konnten in unseren Vorarbeiten zeigen, dass S. meliloti cAMP und cGMP synthetisiert und sekretiert, sowie die Mehrheit der AC/GC und CRP-Proteine initial in ihrer Aktivität charakterisieren. Die Vielfalt der Komponenten des cAMP/cGMP-Signalnetzwerks und die exzellente Zugänglichkeit für genetische Manipulationen macht S. meliloti zu einem idealen Modellsystem. Unser Fernziel ist die Rolle der Vielfalt und fuktionellen Spezialisierungen des auf zyklischen Mononukleotiden basierenden Regulationsnetzwerks in S. meliloti umfänglich zu verstehen. Das vorgeschlagene Arbeitsprogramm widmet sich den katalytischen Aktivitäten und biologischen Funktionen der cAMP/cGMP-synthetisierenden und degradierenden Enzyme, der Regulation und Signalperzeption der AC/GCs, sowie den Zielprozessen der cAMP/cGMP-abhängigen Regulation in unserem Modellorganismus. Die Erkenntnisse dieses Projekts werden einen Vergleich der molekularen Prinzipien der funktionellen Spezialisierung bakterieller c-di-GMP- und cAMP/cGMP-Signalnetzwerke im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 1879 ermöglichen.

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