Funktion und Koordinierung der periplasmatischen Pyoverdin-Maturierungsproteine

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Brüser
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387581586

Pyoverdine sind fluoreszierende Siderophore mit grundlegender Bedeutung für die Virulenz pathogener Pseudomonaden wie etwa P. aeruginosa oder P. syringae. Auch nützliche Wirtsinteraktionen, wie die Pflanzenwachstumsförderung durch P. fluorescens, werden durch Pyoverdine gefördert, die zur Eisenversorgung in Eisen-limitierten Wirtshabitaten beitragen. Pyoverdine werden im Periplasma aus zuvor im Cytoplasma nicht-ribosomal synthetisierten Peptiden, den Ferribactinen, gebildet. Alle Ferribactine besitzen zunächst ein N-acyliertes L-Glutamat am N-Terminus, gefolgt von D-Tyrosin, L-2,4-Diaminobutyrat und stammspezifisch variablen weiteren Aminosäuren. Im Periplasma wird einerseits das N-terminale Glutamat deacyliert und chemisch weiter modifiziert und andererseits aus D-Tyrosin und L-2,4-Diaminobutyrat der Dihydroxyquinolin-Fluorophor gebildet, wodurch erst das mature Pyoverdin mit hoher Fe3+-Affinität entsteht. Sekretiertes Pyoverdin chelatiert Fe3+ durch die Sauerstoffliganden des Fluorophors und Funktionen der Peptidseitenketten. Der Eisenkomplex wird ins Periplasma zurücktransportiert, das Eisen reduktiv freigesetzt und ins Cytoplasma befördert und das freie Pyoverdin wird wiederverwendet. Sechs Proteine sind an der Maturierung im Periplasma beteiligt: PvdQ (Deacylierung), PvdP (Fluorophor-Bildung), PvdO (Fluorophor-Bildung), PvdN (Decarboxylierung und Oxygenierung des Glutamats), PtaA (Transaminierung des Glutamats) und PvdM (Ferribactin-Weiterleitung zu PvdP). Vor Beginn des Projektes kannte man die Funktionen nur von PvdQ und PvdP. Im der ersten Förderperiode des Projektes haben wir die Funktionen von PvdN, PtaA und PvdO aufgeklärt, PtaA dabei entdeckt, die Funktion von PvdP genauer gefasst und pvdQ-Mutanten untersucht. Wir führen unsere Arbeiten im Genom-sequenzierten und genetisch und präparativ gut zugänglichen S1-Modellorganismus P. fluorescens A506 durch, wobei die Pyoverdin-Maturierung bei den anderen fluoreszierenden Pseudomonaden prinzipiell gleich abläuft. In den vergangenen Jahren haben wir für die Gene aller untersuchten Proteine in-frame Deletionsmutanten generiert, funktionierende Komplementationssysteme entwickelt, Expressionssysteme konstruiert und die grundlegenden Methoden zur Reinigung und Identifizierung von Pyoverdinen und Biogenese-Intermediaten etabliert. Mit dem Projekt werden wir nun weitere zentrale Fragen der periplasmatischen Pyoverdinmaturierung beantworten: Wir werden die Funktion von PvdQ präzisieren, den Kupfereinbau in PvdP aufklären, die Redoxaktivität von PvdO analysieren, PtaA charakterisieren, und den Mechanismus der PvdM-Funktion klären. Interaktionsstudien werden zeigen, ob Intermediate von Enzym zu Enzym weitergereicht oder geschleust werden können und so der Verlust von Intermediaten des Weges verhindert wird. Wir sind sehr zuversichtlich, dadurch in diesem sehr erfolgreichen Projekt die faszinierende und über Jahrzehnte rätselhafte periplasmatische Pyoverdinmaturierung aufzuklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen