Selen-abhängige Genregulation in Archaea
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Selen ist ein essentielles Spurenelement für viele Vertreter der drei Domänen des Lebens, aber wie Selen in die Zellen transportiert wird, ist unbekannt. Selen entfaltet seine hauptsächliche biologische Funktion durch die co-translational inserierte Aminosäure Selenocystein (Sec). Das methanogene Archaeon Methanococcus maripaludis verwendet Sec-haltige Proteine in seinem zentralen Energiestoffwechsel, der hydrogenotrophen Methanogenese. Bei Selenknappheit wird jedoch eine Reihe von selenunabhängigen Isoenzymen induziert, die das Wachstum des Organismus‘ unabhängig von diesem Spurenelement machen. Es ist bisher nicht bekannt, ob und welche anderen Selenarten von M. maripaludis verwertet werden, welche Gene durch Selen reguliert werden, wie der zelluläre Selenstatus wahrgenommen wird und wie diese Informationen zur Änderung der Genexpression transduziert werden. Frühere Studien deuteten darauf hin, dass Selenophosphat, die biosynthetische Vorstufe von Sec, direkt oder indirekt den zellulären Selenstatus darstellen könnte. Darüber hinaus ist der LysR-artige Transkriptionsregulator HrsM an der selenabhängigen Genregulation beteiligt, aber der Mechanismus der HrsM-abhängigen Genregulation ist unbekannt. Um einen besseren Einblick in die selenabhängige Genregulation in M. maripaludis zu erhalten, wurde eine umfassende transkriptomische und proteomische Analyse durchgeführt, die nicht nur das globale selenabhängige Regulon von M. maripaludis aufdeckte, sondern auch zu weiteren Experimenten anregte. Bei Selenmangel wurden verschiedene putative Transporter hochreguliert, was auf das Bemühen des Organismus hinweist, alternative Selenquellen zu erschließen. Dies führte zum Nachweis von neun neuen Selenquellen, von denen bisher nicht bekannt war, dass sie von M. maripaludis genutzt werden. Um die physiologische Funktion der mutmaßlichen Transporter zu bestimmen, wurde die gerichtete Mutagenese eingesetzt, allerdings ohne Erfolg. Bei unseren Bemühungen, den Mechanismus der Selen-abhängigen Unterdrückung der Genexpression durch HrsM in vitro aufzuklären, ergaben sich Indizien, die darauf hindeuten, dass die angewandte Methodik zu einer dauerhaften, nicht weiter beeinflussbaren DNA-Bindungsaktivität des Proteins führt. Infolgedessen wurde die Arbeitshypothese zur Funktionsweise von HrsM angepasst und wird in Zukunft experimentell überprüft werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Proteomic and transcriptomic analysis of selenium utilization in Methanococcus maripaludis. mSystems, 9(5).
Funkner, Katrina; Poehlein, Anja; Jehmlich, Nico; Egelkamp, Richard; Daniel, Rolf; von Bergen, Martin & Rother, Michael
