Aktivität und Regulation cyanobakterieller Dynamin-ähnlicher Proteine

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Schneider
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Strukturbiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 562612330

Die Evolution der Vielzahl interner Membransysteme in Eukaryoten ging einher mit der Entwicklung von Mechanismen zum Membranumbau, wie vesikuläre Transportprozesse, sowie der Reparatur beschädigter Membranen. Auch in prokaryotischen Zellen sind Membranprozesse etabliert, die lange Zeit als eukaryotisch-spezifisch galten, wie etwa die Bildung intra- oder extrazellulärer Vesikel, die Bildung intrazellulärer Membransysteme, wie die Thylakoidmembranen in Cyanobakterien, sowie Membranfusions- und -abknospungsprozesse. Viele Proteine, die an der Membrandynamik in Eukaryonten beteiligt sind, galten lange Zeit als „eukaryotische Erfindungen“. In den letzten Jahren wurden jedoch immer mehr solcher „typisch eukaryotischen“ Proteine, die für die Membrandynamik entscheidend sind, auch in Prokaryonten identifiziert, darunter Dynamin-ähnliche Proteine (engl.: dynamin-like proteins; DLPs). DLPs sind große mechanochemische Enzyme, die die durch GTP-Hydrolyse gewonnene Energie nutzen, um Membranen entweder durch Membranfusion oder -spaltung umzugestalten. Kürzlich konnten wir detaillierte Informationen über die Struktur und Aktivität von SynDLP gewinnen, einem neuartigen DLP, welches im Cyanobakterium Synechocystis kodiert wird. Unsere Beobachtungen sind in zwei Artikeln in Nature Communications (2023) und Cell Reports (2024) zusammengefasst. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die physiologische Rolle von (cyanobakteriellen) DLPs zu verstehen, die wahrscheinlich an der Umgestaltung interner Membranen beteiligt sind. Wir werden eine Kombination aus in vivo-Untersuchungen sowie biochemischen und biophysikalischen in vitro-Analysen, in Verbindung mit (in Zusammenarbeit durchgeführten) Strukturanalysen einsetzen, um die Struktur und Aktivität neuartiger DLPs aufzudecken. Die folgenden vier Fragen sollen im Rahmen des Projekts untersucht werden: 1.) Wie genau bindet SynDLP an Membranen und baut diese um? 2.) Wie regulieren strukturelle Veränderungen, die durch eine Nukleotidbindung ausgelöst werden, die Protein-Protein-Kontakte (und damit die Aktivität von SynDLP)? 3.) Was ist die in vivo-Funktion von SynDLP? 4.) Kodiert Synechocystis für weitere BDLPs und welche spezifischen Strukturen und Funktionen haben diese? Die vorgeschlagenen Analysen werden unser Verständnis der Struktur, Aktivität und Regulierung bakterieller DLPs und DLPs im Allgemeinen deutlich erweitern und es uns ermöglichen, die Biogenese und Dynamik eines intrazellulären Membransystems besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen