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Funktion eines neuartigen SPFH-Domänen Proteins aus Bakterien

Fachliche Zuordnung Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Zellbiologie
Förderung Förderung von 2018 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414320409
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

SPFH-Domänenproteine, benannt nach einer konservierten Domäne, die in Stomatin, Prohibitin, Flotillin und HflK/C vorkommt, stellen eine konservierte Familie membranassoziierter Proteine dar, die in allen Domänen des Lebens vorkommt. Diese Proteine sind typischerweise integral oder peripher an die Membran gebunden. SPFH-Domänenproteine sind an vielfältigen zellulären Funktionen beteiligt, darunter Membranorganisation, Signaltransduktion, Funktion der Mitochondrien und Proteinhomöostase. Die Deletion einzelner SPFH- Domänen-kodierender Gene führt häufig zu pleiotropen Phänotypen, was auf ihre Beteiligung an fundamentalen homöostatischen Prozessen hinweist, die mehrere molekulare Signalwege beeinflussen. Im Modellorganismus Bacillus subtilis wurden zwei Flotillin-Homologe, FloA und FloT, eingehend charakterisiert. Beide Proteine bilden große, membranassoziierte oligomere Komplexe. Ihre Expression wird in Reaktion auf Zellhüllenstress durch den alternativen Sigma-Faktor Sigma W hochreguliert. Ähnlich wie eukaryotische Flotilline sind FloA und FloT mit detergentresistenten Membrandomänen (DRMs) extrahierbar. Obwohl DRMs ein stark künstliches Extraktionsverfahren darstellen und keine realen Membrandomänen widerspiegeln, wird angenommen, dass sie Proteine und Lipide aus geordneten Lipidphasen anreichern. In Übereinstimmung mit DRM-Extraktionen lokalisieren bakterielle Flotilline in Membranmikrodomänen mit reduzierter Fluidität, wie durch Kolokalisationsstudien mit lipidpackungssensitiven Farbstoffen gezeigt wurde. In dieser Arbeit konnten wir zeigen, dass FloA und FloT in künstliche Membranen rekonstituiert werden können und dabei in der Lage sind, die Lipidordnung bis zu den terminalen Kohlenstoffatomen der Acylketten zu verringern. SPFH- Domänenproteine wirken demnach als Membrandestabilisatoren und verhindern das Zusammenfließen von Lo Domänen. Die Deletion von floA und floT führt zu verringerter Membranfluidität und schweren Beeinträchtigungen der Funktion membranassoziierter Proteine, wie etwa der Peptidoglykansynthese. Dieser Phänotyp kann durch membrane fluidisierende Substanzen unterdrückt werden, woraus eine Rolle der Flotilline in der Regulation physikalischer Membraneigenschaften abgeleitet werden kann. B. subtilis besitzt ein drittes SPFH-Domänenprotein, kodiert durch ydjI, das wir Anlehnung an seine Assoziation mit Hunger- und Motilitätsphänotypen in SamI umbenannt haben. SamI (ydjI) wird zusammen mit PspA, einem Homolog des eukaryotischen ESCRT-III-Komplexes, und den beiden Membranproteinen SamG (ydjG) und SamH (ydjH) co-transkribiert. SamI besitzt keine Transmembrandomäne und benötigt SamG und SamH für eine stabile Membranassoziation. Es kolokalisiert mit stärker fluiden Membrandomänen und überschneidet sich nicht mit durch Flotilline definierten Mikrodomänen. Unter Zellhüllenstress bilden SamI und PspA mehrere Foci, deren Bildung von der Aktivierung durch Sigma W abhängig ist. Die Deletion von samI führt zu einer messbaren Verringerung der Membranfluidität und induziert eine transkriptionelle Antwort, die einem Nährstoffmangelzustand entspricht. RNA- Sequenzierungen von an der Oberfläche gewachsenen Biofilmkolonien zeigten eine Hochregulation von Genen, die an Glykolyse und Stressanpassung beteiligt sind, sowie eine Repression von Genen, die mit Gluconeogenese, Motilität und dem Methionin-Salvage-Weg assoziiert sind. Diese Befunde korrelieren mit starken Beeinträchtigungen der Schwimm- und Schwärmbewegung sowohl bei domestizierten als auch bei Wildtyp-Stämmen von B. subtilis. Auch die Biofilmbildung ist in Abwesenheit von SamI gestört, was sich in einer glatten Koloniemorphologie und dem Fehlen der charakteristischen proteinreichen Oberflächenschicht, die durch BslA gebildet wird, äußert. Obwohl die Transkription von bslA unbeeinträchtigt bleibt, ist die Translation reduziert, möglicherweise infolge stressinduzierter translationaler Repression. Elektronenmikroskopische Untersuchungen bestätigten das Fehlen der extrazellulären Matrixschicht in samI-Mutanten. Durch diese Daten können wir SamI als einen zentralen Faktor, der den Membranzustand und Umweltstress-Signale integriert, um Motilität, Translation und Biofilmarchitektur zu modulieren, etablieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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