Signalweiterleitung durch zyklisches Diadenosin-Monophosphat (c-di-AMP) in Corynebacterium glutamicum: Identifikation von Mechanismen zur Kalium-abhängigen Kontrolle des c-di-AMP Spiegels und Untersuchung der regulatorischen Ziele des sekundären Botenstoffes c-di-AMP

• Antragsteller: Professor Dr. Bernhard Eikmanns, seit 9/2019
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314826179

Das als sekundärer Nukleotid-Botenstoff entdeckte zyklische Diadenosin-Monophosphat (c-di-AMP) ist an der Kontrolle unterschiedlicher Bereiche der mikrobiellen Physiologie in Gram-positiven Bakterien beteiligt, beispielsweise DNA Reparatur, Sporulation, Zellwandsynthese und Kaliumhomöostase. Das nicht-pathogene Bakterium Corynebacterium glutamicum dient als Modelorganismus für Untersuchung der Osmoregulation in Bakterien und der Zellwandsynthese in nah verwandten, pathogenen Arten. In C. glutamicum wurden Enzyme für die Synthese und den Abbau identifiziert und charakterisiert: Die c-di-AMP Synthese erfolgt in C. glutamicum ausschließlich durch die di-Adenylat-Zyklase DisA, welche eine große Ähnlichkeit zu DisA aus Bacillus subtilis aufweist. Für DisA aus B. subtilis wurde eine Hemmung durch Bindung von DNA mit Läsionen gezeigt, welche für den verzögerten Eintritt von B. subtilis in die Sporulation in Gegenwart geschädigter DNA verantwortlich sein soll. Bei Kultivierung von C. glutamicum in Gegenwart DNA-schädigender Reagenzien wurde keine Verringerung der internen c-di-AMP Konzentration gemessen, dies war ausschließlich bei Kultivierung in Gegenwart nur geringer extrazellulärer Kaliumkonzentrationen zu beobachten. Dies deutet auf eine Verbindung zwischen Kaliumhomöostase und c-di-AMP abhängiger Regulation hin. Zudem wurde der Kaliumkanal CglK als ein Ziel der c-di-AMP abhängigen Kontrolle identifiziert und auch die Bindung von c-di-AMP an den Kanal nachgewiesen. Mit Hilfe eines in unserer Arbeitsgruppe entwickelten, genetischen Reportersystems sollen in diesem Projekt Faktoren identifiziert und charakterisiert werden, die an der Kalium-abhängigen Kontrolle des c-di-AMP Spiegels beteiligt sind. Desweitern sollen Mechanismen der c-di-AMP abhängigen Kontrolle der Öffnung des Kanals CglK durch genetische, biochemische und elektrophysiologische Experimente untersucht werden. Mittels Affinitätschromatographie wurden c-di-AMP-bindende Proteine in C. glutamicum Extrakten identifiziert, darunter befand sich auch das 30S ribosomale Protein S. Die Auswirkung der c-di-AMP Bindung auf die Aktivität dieser Proteine soll z.B. durch in-vitro Translationsversuche untersucht werden. Zur Identifikation neuer Ziele der c-di-AMP abhängigen Kontrolle sollen mittels neuer Sequenzierungsverfahren Mutationen in Genomen von Stämmen aus in-vitro Evolutionsexperimenten untersucht werden, die bei Anpassung an hohe interne c-di-AMP Konzentrationen dienen. Zudem sollen Veränderungen des Transkriptoms als Antwort auf Änderungen des c-di-AMP Gehalts bestimmt werden. In Zusammenarbeiten mit weiteren Gruppen sollen die hier entwickelten Methoden auch zur Untersuchung der c-di-AMP abhängigen Regulation in Listeria monocytogenes und B. subtilis angewandt werden. Dadurch wollen wir zu einem allgemeinen Verständnis der c-di-AMP abhängigen Reizweiterleitung in Bakterien beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1879: Nucleotide Second Messenger Signaling in Bacteria
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Gerd Seibold, bis 9/2019