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Projekt
Molekulare und funktionelle Charakterisierung von zwei kleinen Proteinen, die an der Stickstoffregulation in Methanosarcina mazei Gö1 beteiligt sind
Antragstellerin
Professorin Dr. Ruth Anne Schmitz-Streit
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 379644367
Kleine ORFs (sORFs), die für kleine Proteine kodieren, wurden lange Zeit übersehen, da die Vorhersage, die Unterscheidung zwischen kodierenden und nicht-kodierenden sORFs und ihr biochemischer experimenteller Nachweis sich schwierig gestaltete. Heute sind jedoch neue Technologien etabliert, die ein globales Auffinden in genomweiten Ansätzen ermöglichen. In der ersten Förderphase wurden in einer umfassenden Studie in Zusammenarbeit mit dem Z1-Projekt (Peptidomics Plattform) 40 kleine Proteine in Methanosarcina mazei mit hoher Sicherheit aus 1442 vorhergesagten sORFs experimentell bestätigt. Zwei von ihnen wurden ausgewählt und detailliert untersucht, da sie verstärkt unter Stickstoff (N)-Mangelbedingungen vorliegen. Auf der Grundlage unserer bisherigen Ergebnisse schließen wir, dass beide hochkonservierten kleinen Proteine, sP26 und sP36, eine entscheidende Rolle bei der N-Regulation spielen. Wir haben eindeutig gezeigt, dass sP26 unter N-Mangel mit dem zentralen Enzym des N-Stoffwechsels, der Glutaminsynthetase (GlnA1), interagiert und ihre Aktivität induziert. Wir vermuten, dass diese Induktion auf die Stabilisierung der oligomeren Konformation von GlnA1 durch sP26 zurückzuführen ist. Darüber hinaus beeinflusst sP26 möglicherweise auch die Interaktion von GlnA1 mit der Glutamat Synthase (GOGAT), die im Anschluss die Aminogruppe von Glutamin weiter auf 2-OG überträgt, um Glutamat zu generieren. Für sP36 haben wir zeigt, dass es unter N-Mangelbedingungen an die Membran lokalisiert wird. In Kombination mit weiteren Ergebnissen vermuten wir, dass die regulatorische Funktion von sP36 darin besteht, den Ammoniumtransporter AmtB unter N-Mangel zu stimulieren. Folglich schlagen wir für die zweite Phase vor, (i) die Wechselwirkung von GlnA1-sP26 im Detail mit hochentwickelten biochemischen Methoden zu analysieren (NMR, HDX-MS, cross-linking, Größenausschlusschromatographie mit anschließender LC-MS/MS) wobei zusätzlich GlnK1 und Glutamat Synthase (GOGAT) als verifizierte weitere sP26 Interaktionspartner einbezogen werden; (ii) die physiologischen Funktion von sP36 unter N-Mangel durch Charakterisierung der Interaktion mit AmtB mittels biochemischer und genetischer Ansätze, ergänzt durch Strukturanalyse (NMR und Kristallstruktur) und Einzelmolekülverfolgung in vivo aufzuklären, und (iii) genomweite funktionelle Annotation kleiner Proteine durch hochentwickelte proteomische Ansätze in einem funktionellen und strukturellen Zellkontext und in Kombination mit maschinellem Lernen durchzuführen in enger Zusammenarbeit mit Juri Rappsilber, gefolgt von der experimentellen Validierung der jeweiligen Vorhersagen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
