Assemblierung einer prokaryotischen Organelle durch Tic20-ähnliche Proteine
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Magnetotaktische Bakterien (MTB) bilden intrazelluläre Magnetitkristalle in spezialisierten Organellen, den sogenannten Magnetosomen. Die molekularen Mechanismen der Magnetosomenbildung sind bislang jedoch weitgehend unbekannt. Da magnetosomale MamF-ähnliche Proteine evolutionär mit Tic20, einer Kernkomponente der Plastidenbiogenese, verwandt sind, untersuchten wir ihre Rolle bei der Magnetosomenbildung. Nach der Entwicklung eines optimierten Protokolls zur Magnetosomenisolation identifizierten wir mittels proteomischer Analysen elf Proteine, deren Abundanz in den Magnetosomen einer Mutante, der alle MamF-ähnlichen Proteine fehlen, signifikant reduziert war. Unter diesen Proteinen zeigten MamD, MamJ und Mms5 die stärkste Reduktion und interagierten in bakteriellen Zwei-Hybrid-Tests mit MamF-ähnlichen Proteinen. Fluoreszenzmikroskopische und biochemische Untersuchungen zeigten, dass MamF-ähnliche Proteine die Assemblierung von Magnetosomen über einen diffusion-and-capture Mechanismus vermitteln. Die Magnetosomen-Lokalisation von MamJ erfordert essenziell das Vorhandensein einer glycinreichen C-terminalen Transmembranhelix, die auch in MamD und Mms5 vorkommt. Da diese Proteine nur mithilfe von Detergenzien aus Magnetosomen extrahiert werden können, scheinen sie stabil in der Magnetosomenmembran integriert vorzuliegen. Während frühere Modelle davon ausgingen, dass MamF-ähnliche Proteine die Magnetit-Biomineralisation direkt vermitteln, deuten unsere Ergebnisse somit darauf hin, dass sie stattdessen als organellspezifische Translokasen fungieren und Substratproteine in die Magnetosomenmembran integrieren. Unsere Erkenntnisse liefern somit neue Einblicke in die Mechanismen der Magnetosomenbildung und zeigen eine evolutionäre Verbindung zwischen bakteriellen und eukaryotischen Organellen auf. Dadurch tragen sie zu einem erweiterten Verständnis der prokaryotischen Organellenbiogenese bei.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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6 THE FORMATION OF IRON BIOMINERALS IN MAGNETOTACTIC BACTERIA. Metals, Microbes, and Minerals - The Biogeochemical Side of Life, 159-184. De Gruyter.
Uebe, René & Schüler, Dirk
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Identification and elimination of genomic regions irrelevant for magnetosome biosynthesis by large-scale deletion in Magnetospirillum gryphiswaldense. BMC Microbiology, 21(1).
Zwiener, Theresa; Mickoleit, Frank; Dziuba, Marina; Rückert, Christian; Busche, Tobias; Kalinowski, Jörn; Faivre, Damien; Uebe, René & Schüler, Dirk
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Multifunktionale bakterielle Nanomagnete für Biotechnologie und Medizin. BIOspektrum, 27(4), 442–444.
Mickoleit, Frank; Rosenfeldt, Sabine; Schenk, Anna S.; Schüler, Dirk & Uebe, René
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Synchrotron‐Based Nano‐X‐Ray Absorption Near‐Edge Structure Revealing Intracellular Heterogeneity of Iron Species in Magnetotactic Bacteria. Small Science, 2(3).
Chevrier, Daniel M.; Cerdá-Doñate, Elisa; Park, Yeseul; Cacho-Nerin, Fernando; Gomez‐Gonzalez, Miguel; Uebe, René & Faivre, Damien
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Towards standardized purification of bacterial magnetic nanoparticles for future in vivo applications. Acta Biomaterialia, 120, 293-303.
Rosenfeldt, Sabine; Mickoleit, Frank; Jörke, Cornelia; Clement, Joachim H.; Markert, Simon; Jérôme, Valérie; Schwarzinger, Stephan; Freitag, Ruth; Schüler, Dirk; Uebe, René & Schenk, Anna S.
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Silent gene clusters encode magnetic organelle biosynthesis in a non-magnetotactic phototrophic bacterium. The ISME Journal, 17(3), 326-339.
Dziuba, M. V.; Paulus, A.; Schramm, L.; Awal, R. P.; Pósfai, M.; Monteil, C. L.; Fouteau, S.; Uebe, R. & Schüler, D.
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MamF-like proteins are distant Tic20 homologs involved in organelle assembly in bacteria. Nature Communications, 15(1).
Paulus, Anja; Ahrens, Frederik; Schraut, Annika; Hofmann, Hannah; Schiller, Tim; Sura, Thomas; Becher, Dörte & Uebe, René
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Biogenese magnetischer Organellen in Bakterien. BIOspektrum, 31(4), 390-392.
Uebe, René
