Wahrnehmung von Säurestress durch den Membran-integrierten Sensor und Transkriptionsaktivator CadC von Escherichia coli
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Säurestressadaptation ist sowohl für neutrophile pathogene und probiotische Enterobakterien, aber auch Escherichia coli in der biotechnologischen Produktion die Voraussetzung, um gegenüber anorganischen Säuren des Magens beziehungsweise organischen Säuren während der Fermentation zu überleben. Eines der Säurestressadaptationssysteme von E. coli ist das Cad-Modul, das durch moderaten Säurestress (pH 5,8) und bei gleichzeitiger Verfügbarkeit von extrazellulärem Lysin aktiviert wird. Im Mittelpunkt des Projektes stand der Membran-integrierte Sensor und Transkriptionsaktivator CadC von E. coli. CadC reguliert die Induktion des cadBA Operons, das für den Cadaverin/Lysin-Antiporter CadB und die Lysindecarboxylase CadA kodiert. CadC gehört zur Familie der ToxR-ähnlichen Proteine, die als Einkomponentensysteme und ohne chemische Modifizierung die einfachste Form der Signaltransduktion aller Organismen repräsentieren. Die 3D-Struktur der pH-sensorischen Domäne von CadC wurde mit 1,8 Å aufgelöst. In dieser Domäne wurde ein Cluster von negativ geladenen Aminosäuren identifiziert, das für die pH-Sensorik essentiell ist. Das Zusammenspiel von Modellierung, Experiment und Strukturanalyse identifizierte Cadaverin als Deaktivator von CadC sowie dessen Bindemodus im Sensor. Die Regulationskopplung zwischen dem pH-Sensor CadC und dem co-sensierenden Lysintransporter LysP wurde funktionell näher charakterisiert. Schließlich konnten wir zeigen, dass CadC translational reguliert wird. Mit CadC als Modellprotein gelang es, das molekulare Funktionsprinzip des Translationselongationsfaktors P (EF-P), einem essentiellen Protein in Bakterien und konservierten Protein in allen Eukaryoten und Archaeen, aufzuklären.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009) How are signals transduced across the cytoplasmic membrane? Transport proteins as transmitter of information, Amino Acids 37, 467–477
Tetsch, L. and Jung, K.
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(2009) Induction kinetics and feedback inhibition of a conditional stress response system in Escherichia coli, J. Mol. Biol., 393, 272–286
Fritz, G., Koller, C., Tetsch, L., Haneburger, I., Burdack, K., Jung, K., Gerland, U.
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(2009) The regulatory interplay between membrane-integrated sensors and transport proteins in bacteria, Mol. Microbiol., 73, 982–991
Tetsch, L. and Jung, K.
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(2011) ArgP and Lrp differentially regulate transcription of lysP, the gene encoding the specific lysine permease of Escherichia coli, J. Bacteriol.,193, 2536-2548
Ruiz, J., Haneburger, I., Jung, K.
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(2011) Crystal structure of the sensory domain of Escherichia coli CadC, a member of the ToxR-like protein family, Protein Sci., 20, 656-669
Eichinger, A., Haneburger, I., Koller, C., Jung, K., Skerra, A.
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(2011) Detection and function of an intramolecular disulfide bond in the pH-responsive CadC of Escherichia coli, BMC Microbiol., 11:74
Tetsch, L., Koller, C. Dönhöfer, A., and Jung, K.
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(2011) New insights into the signaling mechanism of the pH-responsive membrane-integrated transcriptional activator CadC of Escherichia coli, J. Biol. Chem., 286, 10681-10689
Haneburger, I., Eichinger, A., Skerra, A., Jung, K.
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(2012) Deactivation of the E. coli pH stress sensor CadC by cadaverine, J. Mol. Biol., 424: 15-27
Haneburger, I., Fritz, G., Jurkschat, N., Tetsch, L., Eichinger, A., Skerra, A., Gerland, U. and Jung, K.
