Untersuchung der physiologischen Funktionen des Zell-Fusogens Fusexin1 in Archaeen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sonja Verena Albers
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561072054

Die Zell-Zell-Fusion ist essentiell für die sexuelle Fortpflanzung, bei der die Verschmelzung der Gameten die Entwicklung eines neuen Organismus in Eukaryoten einleitet. Unsere Gruppen haben grundlegende molekulare zellbiologische Mechanismen entdeckt und entwickelt, die für Zellmotilität und Zellteilung in Archaeen (Albers) notwendig sind, sowie die ersten Proteine (Fusogene), die für die Zellfusion während der Entwicklung in Eukaryoten essentiell und ausreichend sind und kürzlich auch Zellfusogene in Archaeen (Podbilewicz). Diese fusogenen Proteine gehören zu einer Superfamilie von strukturell konservierten Fusogenen in Archaeen, Nematoden, umhüllten Viren, Pflanzen, Protisten und Wirbellosen. Wir fanden heraus, dass diese Fusogene in Archaeen, die wir Fusexin1 (Fsx1) nannten, strukturell mit eukaryotischen und viralen Klasse-II-Fusogenen (Fusexine) verwandt sind. Die Gene, die für Fsx1 kodieren, befinden sich in integrierten mobilen Elementen (IMEs) in verschiedenen kultivierten Haloarchaea, und das Fsx1-Protein kann eukaryotische Zellen fusionieren. Die in vivo-Aktivitäten von Fsx1 sind jedoch unbekannt. Transformation, Konjugation und Transduktion können den DNA-Transfer in Bakterien und Archaeen vermitteln. Die Funktion von Fsx1 in Archaeen könnte einen vierten Mechanismus des horizontalen Gentransfers (HGT) in Prokaryoten offenbaren, der auf Zellfusion beruht und auch erklären könnte, wie äußere Membranvesikel fusionieren. Dies ist bedeutsam, da HGT ein sehr häufiger Prozess in Prokaryoten ist, mit potenziellen Auswirkungen auf die Biomedizin und Evolutionsbiologie. Hier schlagen wir vor, dass die in IMEs vorhandenen fsx1-kodierenden Gene in Archaeen Aktivitäten besitzen, die für eine neuartige Art des HGT erforderlich sind. Unser Hauptziel ist es, die Funktion der Zellfusion in Archaeen aufzuklären und herauszufinden, ob Fsx1 in Archaeen an HGT beteiligt ist. Um die Funktionen von Fsx1 in Haloarchaea zu bestimmen, werden wir modernste zellbiologische und molekulargenetischer Methoden in Archaeen einsetzen. In unseren vorläufigen Ergebnissen haben wir fsx1-Deletion-Mutanten in Haloferax sp. Q22 und einen Stamm mit ektopischer Expression von fsx1 in Haloferax volcanii erzeugt, um die Loss-of-Function- und Gain-of-Function-Phänotypen in Archaeen zu bestimmen. Um die molekularen Mechanismen zu untersuchen, werden wir Zell-Zell-, Virus-Zell- und in vitro-Rekonstitutionsassays in Proteoliposomen durchführen. Wir wollen neue Kofaktoren entdecken, die Funktionen neuer Protein-Interaktionen untersuchen und herausfinden, ob Fsx1 einen zellfusionsabhängigen Prozess in Archaeen zur Induktion von HGT vermittelt. Wir werden untersuchen, ob Fsx1 einen zellfusionsabhängigen HGT in Archaeen vermittelt. Das Verständnis, wie Zellen in archaealen Systemen fusionieren, wird einen Durchbruch in der Biologie darstellen, mit weitreichenden Implikationen für Mechanismen des HGT, die sexuelle Fortpflanzung und die Evolution der Zellfusion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Partnerorganisation: The Israel Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Benjamin Podbilewicz