Molekulare Mechanismen bakterieller DNA-Replikation
Zellbiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Vervielfältigung genetischen Materials ist Grundlage allen Lebens. Trotz seiner fundamentalen Wichtigkeit verstehen wir immer noch nicht vollständig, wie DNA-Replikation initiiert wird, vor allem nicht in den am häufigsten vorkommenden Lebensformen, den Bakterien. Ein Grund dafür ist, dass wir die Funktion vieler Sequenzen im Replikationsursprung, dem Bereich des Chromosoms, wo DNA-Replikation initiiert, nicht kennen. Im ersten Schritt der bakteriellen DNA-Replikation bindet das Hauptinitiatorprotein DnaA an ein "DnaA-Box" Sequenzmotiv im Replikationsursprung. In allen bakteriellen Replikationsursprüngen befinden sich mehrere DnaA-Boxen als Cluster organisiert in direkter Nachbarschaft zum DNA-Entwindungsbereich. An letzterem löst DnaA die Öffnung des DNA- Doppelstrangs aus und rekrutiert weitere Bestandteile der Replikationsmaschinerie. Viele Bakterien haben Replikationsursprünge, in denen ein weiterer Cluster von DnaA-Boxen zu finden ist, welcher nicht in direkter Nachbarschaft zum DNA-Entwindungsbereich vorliegt. Replikationsursprünge mit zwei DNA-box Clustern werden als "zweiteilig" bezeichnet. Die Funktion des zusätzlichen DnaA-box Clusters und die räumliche Beziehung zwischen DnaA-box Clustern zweiteiliger Replikationsursprünge sind unbekannt. In meinem Projekt habe ich mit dem Modellbakterium Bacillus subtilis gearbeitet, um mehr über die Funktionsweise zweiteiliger Replikationsursprünge zu erfahren. Hierfür habe ich den Replikationsursprung genetisch manipuliert und die Rekrutierung von DANN-Replikationsfaktoren zu seinen verschiedenen Sequenzbereichen analysiert. Ich habe überraschenderweise herausgefunden, dass der zweiteilige Replikationsursprung immer noch funktioniert, wenn der Abstand zwischen den zwei DnaA-box Clustern auf dem Chromosom um das 1600-fache vergrößert wird. Das Entfernen des zusätzlichen DnaA-box Clusters hat gravierende Folgen für die Rekrutierung essenzieller Replikationsfaktoren zum Replikationsursprung. Fehlt der zusätzliche Cluster, kann das Replikationsinitiationsprotein DnaB, welches normalerweise durch DnaA-box gebundenes DnaA rekrutiert wird, nicht mehr zum DANN-Entwindungsbereich gelangen. Das deutet darauf hin, dass der zusätzliche DnaA-box Cluster für die Rekrutierung von DnaB zuständig ist. Passenderweise habe ich später eine Mutation im DnaB-produzierenden Gen entdeckt, welche Bacillus subtilis erlangen kann, um ohne den zusätzlichen DnaA-Box Cluster zu überleben. Die dabei entstehende Variante von DnaB interagiert stärker mit anderen Initiationsproteinen und mit DANN und ähnelt möglicherweise einer durch das zusätzliche DnaA-box Cluster aktivierten Form von DnaB. Zusammenfassend liefern meine Ergebnisse neue Erkenntnisse über die Funktion von essenziellen Sequenzbereichen in zweiteiligen bakteriellen Replikationsursprüngen und decken eine überraschende Flexibilität im zugrundeliegenden Bauplan auf.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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HU Knew? Bacillus subtilis HBsu Is Required for DNA Replication Initiation. Journal of Bacteriology, 204(8).
Schramm, Frederic D. & Murray, Heath
