Funktionelle Charakterisierung promiskuitiver Enzyme bei der Abwehr von Elektrophilen und oxidativen Stress in Staphylococcus aureus

• Antragstellerin: Professorin Dr. Haike Antelmann
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527923077

Staphylococcus aureus ist ein wichtiger Infektionserreger, der sich während der Infektion, im Stoffwechsel oder nach Antibiotika-Zugabe an reaktive Sauerstoffspezies und elektrophile Spezies (ROS, RES) sowie an hypohalogene Säuren (HOX) anpassen muss. Als Abwehrmechanismen verwendet S. aureus das niedermolekulare Thiol Bacillithiol (BSH) und eine Vielzahl von Entgiftungsenzymen, die von Thiol-basierten Redoxsensoren kontrolliert werden und oft auf viele verschiedene Redoxsignale reagieren. Wir konnten die Mechanismen und Funktionen der redox-sensitiven Regulatoren HypR, MhqR, QsrR und GbaA aufklären, die wichtige Abwehrmechanismen bei Infektionen in S. aureus darstellen. Die Chinon-sensitiven MhqR- und QsrR-Repressoren regulieren mehrere Dioxygenasen und Chinon-/Azoreduktasen, die Resistenzen gegenüber Chinonen, Antibiotika und ROS vermitteln. Die physiologischen Funktionen und Substratspezifitäten dieser promiskuitiven Entgiftungsenzyme sind jedoch unbekannt. In diesem Projekt werden wir die physiologischen Funktionen promiskuitiver Glyoxalasen/Dioxygenasen und Chinon/Azoreduktasen und ihre Rolle beim Überleben, der Resistenz und der Persistenz unter oxidativen und elektrophilen Stress in S. aureus aufklären. Wir nehmen an, dass S. aureus promiskuitive Enzyme mit breiten Substratspektrum einsetzt, um sich gegen spezifische Stressoren zu schützen, wie z.B. Methylglyoxal oder Chinone, welche die Thiol-Redox-Homöostase beeinflussen und ROS induzieren. Daher sind reduzierende Chinon/Azoreduktasen Bestandteile elektrophiler Entgiftungswege und vermitteln Resistenzen gegenüber Thiol-Stress durch ROS, HOX und Antibiotika. Des Weiteren vermuten wir, dass ROS, HOX oder RES zur Oxidation der Glyoxalase-III HchA führen, die dabei in ein redox-sensitives Chaperon umgewandelt wird, um zelluläre Proteine vor oxidativer Proteinaggregation zu schützen. In WP (1) werden wir die BSH-abhängigen und BSH-unabhängigen Glyoxalase-Wege zur Entgiftung von Methyglyoxal aufklären, welches zur Ansäuerung des Zytoplasmas führt. In WP (2) wird die zeitliche Dynamik, die Interaktionen und Funktionen der QsrR- und MhqR-Regulons beim Schutz vor Chinonen und ROS in S. aureus untersucht. Die Rolle der QsrR- und MhqR-Regulons für das Überleben von Antibiotika-resistenten SCVs, Persisterzellen und L-Formen sind weitere Forschungsfragen. In WP (3) wird das stark nach Thiol-Stress induzierte SACOL2588-2589 Operon charakterisiert, welches ein Cystein-reiches Protein und ein kleines 8,8 kDa DUF896 (UPF0291) Protein kodiert. Insgesamt zielt dieses Projekt darauf ab, neue Überlebensmechanismen aufzuklären, die die Anpassung von S. aureus an eine Vielzahl von Redoxsignalen während der Infektion und nach Antibiotika-Therapie ermöglichen und Hinweise für die Entwicklung neuer antimikrobieller Substanzen zur Bekämpfung von MRSA-Infektionen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen