Kleine regulatorische Proteine des PhoQ/PhoP Zweikomponentensystems in Enterobakterien

• Antragstellerin: Dr. Jing Yuan
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453206916

In den letzten Jahren wurde in allen drei Domänen des Lebens eine zunehmende Anzahl kleiner Proteine entdeckt. Nur wenige von ihnen haben bekannte Funktionen in verschiedenen Aspekten zellulärer Prozesse und bakteriellen Gemeinschaften. In Escherichia coli werden etwa ein Drittel der kleinen Proteine als Membranproteine identifiziert, was auf ihre mögliche Rolle bei der Erkennung von Umweltveränderungen und der Vermittlung von Zellreaktionen hinweist. Die bakteriellen Zweikomponentensysteme sind primäre Signalwege, um Umweltreize mit zellphysiologischen Veränderungen zu verbinden. Das PhoQ/PhoP-Zweikomponentensystem ist für Enterobakterien wichtig, um wirtsassoziierte Stimuli zu erfassen, die bakterielle Virulenz zu kontrollieren und spezifische Stressreaktionen auszulösen. Zwei membranlokalisierte kleine Proteine, MgrB und SafA, regulieren die Aktivität der PhoQ-Sensorkinase und beeinflussen die Fitness und Pathogenität von Enterobakterien. Es wurde auch gezeigt, dass eine Inaktivierung des mgrB-Gens mit einer Resistenz gegen das Antibiotikum Colistin korreliert. Das kleine Protein SafA aktiviert PhoQ. Im Gegensatz dazu hemmt MgrB die PhoQ-Kinaseaktivität. Kürzlich hat unsere detaillierte Untersuchung von MgrB elf Aminosäuren in unterschiedlichen Proteinregionen identifiziert, die für die Funktion des Proteins benötigt werden. Wir konnten zeigen, dass ein Tryptophan in der Transmembranhelix entscheidend für die Bildung des PhoQ/MgrB-Komplexes ist, und postulieren, dass die kurze zytosolische Region von MgrB die Signaltransduktion in PhoQ beeinflusst. Der genaue Mechanismus der MgrB-Hemmung ist jedoch noch nicht bekannt. Unsere Untersuchungen ergaben verminderte PhoQ/MgrB-Interaktionen bei Magnesiummangel, welches deren direkte Regulierung in Antwort auf veränderbare Umweltbedingungen suggeriert. In diesem Projekt sollen die Mechanismen der MgrB und die Dynamik der MgrB- und SafA-regulierten PhoQ-Aktivität mittels ortsspezifischem Crosslinking, FRET und komplementärer Methoden in vivo und in vitro untersucht werden. Als Ziele dieses Projekts möchten wir: (i) die MgrB/PhoQ-Wechselwirkung auf molekularer Ebene verstehen, (ii) Umweltbedingungen zur Modulation der PhoQ/kleine Protein-Interaktionen identifiziert und charakterisiert, (iii) die Integration der gegensätzlichen Signale von MgrB und SafA an PhoQ aufgedeckt,, (iv) zusätzliche Proteinziele und Funktionen von MgrB detektieren, und (v) neue antimikrobielle Stoffe auf der Basis von MgrB entwickeln. Die Ergebnisse der Projekt werden dabei zu einem besseren Verständnis des komplexen regulatorischen Netzwerks der Zweikomponentensysteme, die physiologische Bedeutung kleiner Proteine für die bakterielle Virulenz beleuchten und antimikrobielle Wirkstoffe generieren, die gute Lösungsansätze für die weltweit zunehmenden Fälle von Colistinresistenz bieten könnten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2002: Kleine Proteine in Prokaryoten, eine unbekannte Welt