Kontrolle der bakteriellen Peptidoglykanbiosynthese durch Proteinphosphorylierungen und regulierte Proteolyse

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Sven Halbedel
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456486974

Peptidoglykan ist der Hauptbestandteil der bakteriellen Zellwand. Es umspannt die Bakterienzelle als ein dreidimensionales Netzwerk, ist der Gegenspieler des Zellinnendrucks und verleiht Bakterienzellen ihre vielfältigen Formen. Synthese, Um- und Abbau des Peptidoglykans müssen mit den während des Wachstums und der Zellteilung auftretenden Formveränderungen so abgestimmt werden, dass die Integrität der Bakterienzelle gewährleistet bleibt. Wir haben einen neuen Weg der Regulation der Peptidoglykanbiosynthese in dem pathogenen Bakterium Listeria monocytogenes entdeckt, der auch in anderen Gram-positiven Bakterien konserviert ist. Demnach ist MurA, das erste Enzym der Peptidoglykanbiosythese, die Schlüsselstelle für die Steuerung des gesamten Stoffwechselwegs. Wir haben gezeigt, dass L. monocytogenes MurA durch die ClpCP-Protease degradiert wird und dass diese ClpCP-abhängige Degradation von MurA durch den Phosphorylierungszustand des kleinen zytoplasmatischen Proteins ReoM reguliert wird. Ebenso haben wir gezeigt, dass die Phosphorylierung von ReoM von PrkA abhängt. PrkA ist eine membranständige Serin-/Threonin-Proteinkinase mit extrazellulären PASTA-Domänen und nimmt Peptidoglykanfragmente wahr, die während des Ab- oder Umbaus von Peptidoglykan entstehen. So kann über die Aktivierung von PrkA und die Phosphorylierung von ReoM letztlich die proteolytische Stabilität von MurA und damit die Peptidoglykanbiosynthese gesteuert und an die herrschenden Notwendigkeiten angepasst werden.In diesem Projekt sollen grundlegende Fragen zum Funktionieren der PrkA→ReoM→ClpCP→MurA Signaltransduktionskaskade beantwortet werden. Mit Hilfe proteomischer Experimente sollen Substrate der ClpCP-Protease aus L. monocytogenes identifiziert werden. Anschließend soll untersucht werden, in welchem Umfang ReoM und seine akzessorischen Faktoren ReoY und MurZ die Proteolyse von ClpCP-Substraten steuern. Weiterhin soll mit Hilfe genetischer und biochemischer Experimente untersucht werden, ob ReoM, ReoY und MurZ eine Funktion als ClpC-Adaptoren übernehmen. Durch verschiedene Screeningverfahren sollen neue Determinanten identifiziert werden, die für den Abbau von MurA durch ClpCP wichtig sind. Darüber hinaus sollen Wachstumsbedingungen identifiziert werden, unter denen die Phosphorylierung von ReoM in vivo stimuliert wird. Schließlich soll mit Hilfe von Epistasisexperimenten untersucht werden, welche Rolle der PrkA→ReoM→ClpCP→MurA-Signalweg in der Ausbildung der intrinsischen Cephalosporinresistenz von L. monocytogenes spielt.Dieses Projekt soll ein vertieftes Verständnis der Regulation der Peptidoglykanbiosynthese Gram-positiver Bakterien und ihrer Reaktion auf zellwandschädigende Umweltbedingungen und Antibiotika ermöglichen. Durch die Identifikation neuer Targetstrukturen soll es zur Entwicklung neuartiger antibakterieller Wirkstoffe beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen