Entdeckung neuartiger ribosomal synthetisierter und posttranslational modifizierter Peptide (RiPPs) aus Precursor-Peptiden mit Doppel-Domänen

• Antragsteller: Professor Dr. Gerald Lackner
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517037024

Sekundärmetaboliten weisen eine außergewöhnliche strukturelle Vielfalt auf. Oft haben diese Naturstoffe potente Aktivitäten und werden für pharmazeutische Anwendungen genutzt. Die Identifizierung neuer Sekundärmetaboliten und die Charakterisierung der entsprechenden biosynthetischen Enzyme sind daher von großer Bedeutung, um die Entstehung dieser Vielfalt zu verstehen. Darüber hinaus ermöglicht die Entdeckung neuer Verbindungen mit biologischen Aktivitäten die Entwicklung neuer Antiinfektiva, die angesichts zunehmender Antibiotikaresistenz dringend benötigt werden. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Gruppe von „ribosomal synthetisierten und post-translational modifizierten Peptiden“ (RiPPs) aus Bakterien. RiPPs sind eine Klasse von Sekundärmetaboliten, die von Vorläuferpeptiden abgeleitet sind. Die Vorläuferpeptide bestehen in der Regel aus einer Leader-Sequenz und einer Core-Sequenz. Verschiedene Enzyme erkennen die Leader-Sequenz und führen Modifikationen am Core-Peptid durch, das dann nach proteolytischer Spaltung freigesetzt wird. Leader-Sequenzen sind oft kurz und weisen keine klaren strukturellen Merkmale auf. Eine Ausnahme bildet die Familie der "Nitrilhydratase-Leaderpeptide" (NHLP), die sich durch ungewöhnlich lange Leader-Sequenzen auszeichnet, welche Ähnlichkeit mit dem Enzym Nitrilhydratase aufweisen. In bestimmten Arten der Ordnung Burkholderiales treten diese NHLP-Vorläufer zudem als Tandemgene auf, d. h., es liegen zwei Kopien des Gens hintereinander vor. Interessanterweise sind diese Gene bei einigen Stämmen zu einem einzigen Vorläuferpeptid mit zwei Domänen fusioniert, was zu einem großen Vorläuferprotein mit ~270 Aminosäuren führt. Die Funktion der beiden Leader-Domänen sowie die Beschaffenheit der resultierenden RiPPs sind derzeit unbekannt. Die einzigartige Domänenarchitektur dieser Vorläuferproteine beeinflusst wahrscheinlich die Reifung der entstehenden Peptide und lässt die Entdeckung von RiPPs mit neuartigen Strukturen und Funktionen vermuten. In diesem Projekt wollen wir diese bisher uncharakterisierten RiPP-Gencluster genauer untersuchen, um die von ihnen abstammenden Metabolite zu identifizieren. Zusätzlich werden ihre biosynthetischen Enzyme charakterisiert und die Rolle der beiden Leader-Domänen erforscht. Wir werden Top-down-Ansätze wie Metabolomik und Proteomik anwenden, um die entsprechenden RiPPs in den natürlichen Produzenten zu identifizieren und zu isolieren. Wir werden diese Strategie durch einen Bottom-up-Ansatz ergänzen, bei dem die Biosynthesegene iterativ in Escherichia coli rekonstituiert werden, um dann sukzessive die Modifikationen im Vorläuferpeptid zu bestimmen. Um die Funktion der beiden NHLP-Domänen zu verstehen, planen wir zudem, die 3D-Struktur des Vorläuferproteins zu lösen. Schließlich sollen die isolierten RiPPs auch auf ihre Bioaktivität untersucht werden, um ihr antiinfektiöses Potenzial zu eruieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen