Identifizierung und Charaterisierung kleiner Proteine in Staphylococcus aureus

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Susanne Engelmann; Dr. Stephan Fuchs
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453220503

Kleine Proteine spielen vielfältige und wesentliche Rollen in der bakteriellen Physiologie und Virulenz. Bei Staphylococcus aureus induzieren Delta-Hämolysin mit nur 26 Aminosäuren (aa) und phenollösliche Moduline (20 - 40 aa) Membranstörungen bis hin zur Lyse verschiedener Blutzellen des Menschen. Aufgrund ihrer intrinsisch begrenzten Sequenzinformation und ihrer Neigung zur Spezies-Spezifität sind kleine Proteine extrem schwierig vorherzusagen und experimentell nachzuweisen. Dies erklärt, warum diese Gruppe von Proteinen in aktuellen Studien noch deutlich unterrepräsentiert ist. In einer kürzlich durchgeführten Studie optimierten wir unsere analytischen Strategien zum massenspektrometrischen Nachweis von Proteinen mit nicht mehr als 100 aa (SP100) und konnten so 185 SP100 in S. aureus Newman identifizieren. Von diesen wurden 69 nicht durch die verwendete Annotation abgedeckt (NC_009641.1; 07/06/2013). Mittels Ribosomen-Profiling konnte für 139 der entsprechen kleinen Leserahmen (sORFs) translatorische Aktivität nachgewiesen werden. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf (i) eine verbesserte globale Detektion von sORFs und ihren Produkten in S. aureus unter Verwendung eines überwachten Lernmodells und optimierter massenspektrometrischer Methoden und (ii) die funktionelle Charakterisierung ausgewählter kleiner Proteine, die bereits in unserer früheren Arbeit identifiziert wurden. Für eine verbesserte empirische und evidenzbasierte Annotation von sORFs in S. aureus werden wir sowohl Machine Learning (basierend auf Random Forest) als auch experimentelle Methoden (MS-basierter Nachweis markierter N-terminaler Peptide) anwenden. Darüber hinaus wird unsere proteogenomische Analyse-Pipeline Pepper (open-source; https://gitlab.com/s.fuchs/pepper) weiterentwickelt werden, um Multi-Omics-Ergebnisse (MS, RNASeq, RiboSeq) zu verarbeiten und zu integrieren. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf dem Anteil kleiner Proteine am Membranproteom liegen. Ausgewählte SP100-Kandidaten, deren Existenz in unserer aktuellen Arbeit nachgewiesen wurde, werden durch Untersuchung der Genexpression von (komplementierten) Deletionsmutanten unter verschiedenen membranstressverusachenden Bedingungen funktionell charakterisiert.

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