Molekulare Mechanismen bakterieller DNA-Replikation

• Antragsteller: Dr. Frederic Dominique Schramm
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444524292

Die Vervielfältigung genetischen Materials durch den Prozess der DNA-Replikation ist eine Grundvoraussetzung allen Lebens. Am Anfang, der „Initiation“, dieses Prozesses muss die DNA-Doppelhelix lokal an sogenannten Replikationsursprüngen entwunden werden. Dort wird anschließend an jedem der beiden entwundenen DNA-Stränge eine Replikationsmaschinerie zusammengesetzt, welche jeweils den komplementären Tochterstrang synthetisiert. Trotz seiner fundamentalen Wichtigkeit verstehen wir die einzelnen Schritte der DNA-Replikation immer noch nicht vollständig, vor allem nicht in den am häufigsten vorkommenden Lebensformen, den Bakterien. Insbesondere die Initiation der bakteriellen DNA-Replikation ist bis heute nicht umfassend mechanistisch geklärt. Dies liegt vor allem daran, dass wir die Funktion vieler essentieller Sequenzbereiche der bakteriellen Replikationsursprünge noch nicht verstehen. Großer Fortschritt in diese Richtung wurde vor kurzem durch die Untersuchung des Replikationsursprungs des Bakteriums Bacillus subtilis gemacht. Dieser genetisch leicht modifizierbare Organismus weist einen für Bakterien typischen Aufbau des Replikationsursprungs auf und hat sich daher als hervorragendes Modell zur Untersuchung bakterieller DNA-Replikation erwiesen. Mithilfe dieses Organismus wurden die sogennanten „DnaA-Trios“ entdeckt, neue und in Bakterien weitverbreitete Sequenzelemente, welche essentiell für das Entwinden der DNA-Doppelhelix sind. Die Funktionen der weiteren essentiellen Sequenzelemente, die sich weiter entfernt der DnaA-Trios im Replikationsursprung befinden, sind aber immer noch weitgehend unbekannt. Das vorliegende Forschungsvorhaben zielt darauf ab, diese weiteren essentiellen Sequenzelemente im Replikationsursprung von Bacillus subtilis zu identifizieren und ihre Funktion zu entschlüsseln. Hierzu werde ich die Sequenzelemente und das an diese bindende Replikationsinitiationsprotein DnaA systematisch mutieren und die Konsequenzen auf die Initiation der DNA-Replikation sowohl in vivo als auch in vitro charakterisieren. Die vorgeschlagene Studie wird unser Wissen über den allgemeinen Aufbau und die Funktion bakterieller Replikationsursprünge maßgeblich erweitern und stellt eine essentielle Grundlage für die mechanistische Erschließung bakterieller DNA-Replikation dar. Diese mechanistische Erschließung wird uns helfen, bakterielles Wachstum in industriellen Prozessen sowie in der Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu kontrollieren. Keines der heute bekannten Antibiotika zielt auf Replikationsproteine ab. Die Entwicklung von Substanzen, welche die Aktivität oder Zusammensetzung der Replikationsmaschinerie inhibieren, würde somit eine neue Antibiotika-Klasse hervorbringen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Heath Murray