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Projekt
Die Rolle kleiner Proteine bei der Regulation des Metabolismus von Cyanobakterien
Antragsteller
Professor Dr. Martin Hagemann
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 377780491
Das Cyanobakterium Synechocystis sp. PCC 6803 dient als Modell zur Untersuchung der Photosynthese und metabolischen Regulation in dieser bedeutsamen Gruppe von Primärproduzenten. Kürzlich konnten zuvor unbekannte Gene in Synechocystis identifiziert werden, die für kleine Protein kodieren. Innerhalb des SPP2002 wollen wir analysieren, inwieweit diese neu entdeckten kleinen Proteine eine Rolle bei der Regulation in Cyanobakterien spielen. Drei kleine Proteine (Norf4, pSYS_ORF3/AcnSP, HliR1) stehen im Fokus unserer Arbeiten. Biochemische und physiologische Analysen an Mutanten, in denen diese Gene ausgeschaltet oder verstärkt exprimiert werden, sollen aufzeigen, inwieweit diesen drei kleinen Proteinen eine funktionelle Bedeutung zukommt. Unsere Arbeitshypothese geht davon aus, dass die kleinen Proteine direkt oder indirekt spezifische Enzyme des Stoffwechsels, z.B. die Glyzerinaldehyde 3-phosphat Dehydrogenase (Gap) und Aconitase (AcnB), oder der Stressantwort von Cyanobakterien regulieren. Während der ersten Förderperiode konnten wir nachweisen, dass pSYS_ORF3 die biochemische Aktivität des im Zitronensäure-(TCA)-Zyklus aktiven Enzyms AcnB reguliert, folglich wurde es AcnSP genannt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass AcnSP den Kohlenstofffluss in den TCA-Zyklus beeinflusst und dadurch einen Einfluss auf den globalen C/N Stoffwechsel ausübt. Weiterhin konnten wir anhand von AcnSP nachweisen, dass eine Genduplikation zu einem funktionellen kleinen Protein führen kann, das eine regulatorische Funktion ausübt. Zusätzlich haben wir starke Hinweise erhalten, dass AcnSP auch bei der Eisenstress-Antwort von Synechocystis beteiligt ist. Die duale Rolle als Regulator des TCA-Zyklus und im Eisenstress ist bereits zuvor für das Enzym AcnB in viele andere Bakterien und Eukaryoten gezeigt worden. Für die Eisenstress-Regulation durch AcnSP vermuten wir ein Netzwerk aus diesem kleinen Protein mit AcnB und der sRNA IsaR1 sowie RNaseE, dessen molekulare Zusammenarbeit in der neuen Projektperiode analysiert werden soll.Unsere bisherigen Arbeiten zu Norf4 und HliR1 haben die Hypothese bestätigt, dass diese kleinen Proteine an der metabolischen bzw. Stressregulation beteiligt sind. Die norf4 Mutante kann nicht mehr mit Glukose im Dunkeln wachsen und ist im Glykogenabbau inhibiert. Diese Befunde unterstützen die Hypothese, dass Norf4 die Aktivität der Glykolyse über das Enzym Gap1 regulieren könnte, da eine gap1 Mutante sehr ähnliche phänotypische Veränderungen aufweist. Dagegen zeigt die hliR1 Mutante eine Starklicht-sensitiven Phänotyp, der auf einer verringerten Aktivität der Superoxiddismutase B (SodB) beruht. Dieses Ergebnis unterstützt unsere Hypothese, dass HliR1 ein Regulator des für die Anpassung an oxidativen Stress essentiellen Enzyms SodB ist. Die molekularen Mechanismen der Norf4- bzw. HliR1-vermittelten Regulation in Synechocystis sind Gegenstand unserer zukünftigen Arbeiten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
