Aufklärung der Funktion von neu identifizierten kleinen Proteinen in Methanosarcina mazei

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ruth Anne Schmitz-Streit
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559991210

In allen drei Domänen des Lebens spielen kleine Proteine mit einer Länge von weniger als 71 Aminosäuren eine wichtige Rolle bei verschiedenen zellulären Prozessen wie im Stoffwechsel, bei Stressreaktionen oder bei der Regulation von Transkription und Translation. Aus methodischen Gründen wurden sie jedoch lange übersehen und fehlen daher häufig in Genomannotationen. Neu entwickelte Nachweismethoden wie Ribo-Seq und Massenspektrometrie optimiert für kleine Proteine haben ein neues Forschungsfeld eröffnet, und zahlreiche kleine Proteine wurden seitdem in Bakterien und Archaeen identifiziert und veröffentlicht. Allerdings ist nur ein kleiner Teil der neu identifizierten kleinen Proteine funktional charakterisiert. Der Antrag zielt darauf ab, diese Forschungslücke zu schließen, indem er auf die Funktionszuweisung ausgewählter kleiner Proteine in dem Methanoarchaeon Methanosarcina mazei abzielt. In Vorarbeiten haben wir eine große Anzahl neuer kleiner ORFs und der entsprechenden kleinen Proteine in M. mazei identifiziert, von denen mehrere mit biochemischen und genetischen Ansätzen initial untersucht wurden. Die hierbei erzielten Ergebnisse sprechen für wichtige physiologische Funktionen einzelner kleiner Proteine in M. mazei. Basierend hierauf sollen nun die Funktion(en) und die entsprechenden molekularen Mechanismen ausgewählter verifizierter kleiner Proteine mittels biochemischer und genetischer Ansätze im Detail aufklärt werden. (i) Der AmtB1-sP36-GlnK1-Komplex soll auf molekularer und struktureller Ebene untersucht werden (inkl. Kryo-EM-Analyse) und Einblicke in die Zusammensetzung und Struktur des Komplexes, sowie in den Mechanismus der AmtB1-Hemmung durch das kleine Protein sP36 und GlnK1 erhalten werden. (ii) sORF05, das in einem Operon mit zwei Komponenten eines TMA-Transporters organisiert ist, soll mit dem Ziel untersucht werden, seine Funktion beim TMA-Transport auf molekularer Ebene aufzuklären. (iii) Die Komplexbildung von GlnA1 und GOGAT und die potentielle Funktion der kleinen Proteine sP26 und GlnK1 bei dieser Komplexbildung sollen mittels verschiedener Ansätze wie Massenphotometrie und Kryo-EM aufgeklärt werden. (iv) Die Funktion(en) der neu identifizierten kleinen Zinkfingerproteine an der Translationsinitiation oder als Teil des Ribosoms sollen mittels verschiedener biochemischer Ansätze (inklusive Kryo-EM, Kristallographie) und genetischer Ansätze aufgeklärt werden. Insgesamt erwarten wir einen detaillierten Einblick in die Funktion und den molekularen Regulationsmechanismen der ausgewählten kleinen Proteine, die an der Bildung von Proteinkomplexen, Transportprozessen und der Translation in M. mazei beteiligt sind. Insbesondere die Funktionsaufklärung der neu identifizierten kleinen Zinkfingerproteine bei der Translationsinitiation wird ein neues Feld in M. mazei eröffnen und darüber hinaus erste Einblicke in Ribosomen von Methanoarchaeen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen