Zusammenspiel von bakteriellen sHsp-Sequestrasen und Proteindisaggregasen in extremer Stressresistenz

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Axel Mogk
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566933605

Bakterien sind als einzellige Organismen in besonderem Maße Umweltstress ausgesetzt, der die Proteinhomöostase beeinträchtigt. Dies erfordert ein Proteinqualitätskontrollnetzwerk (PQC), welches die Zellen vor der Entfaltung und Aggregation von Proteinen schützt. Kleine Hitzeschockproteine (sHsps) sind zentrale Bestandteile von PQC-Systemen. Das bakterielle sHsp-Mitglied IbpA bindet fehlgefaltete Proteine, um sie in IbpA/Substrat-Komplexen zu isolieren. Die Dissoziation und Reaktivierung von IbpA-gebundenen Substraten erfordert eine Disaggregationsaktivität, die von der kanonischen Hsp70/ClpB-Disaggregase ausgeführt wird. Bakterien können zusätzliche sHsps und Proteindisaggregasen erwerben, was die Frage aufwirft, ob die Erweiterungen ihrer sHsp- und Disaggregase-Repertoires funktionell gekoppelt sind. Das Vorhandensein „neuer“ sHsps könnte eine optimierte Anpassung an Umweltbedingungen ermöglichen und zu einer erhöhten Stressresistenz führen. In diesem Antrag werden wir das pathogene Bakterium Pseudomonas aeruginosa als Modellsystem verwenden, um zu untersuchen, ob und wie die Erweiterung der sHsp- und Disaggregase-Repertoires mit dem Erwerb einer extremen Stressresistenz verbunden ist, welche Bakterien vor temperaturbasierten Sterilisationsprotokollen schützt, die in der Lebensmittelindustrie und in Kliniken eingesetzt werden. P. aeruginosa beherbergt Hsp20 und ClpG als neue sHsp- und Disaggregase-Mitglieder. Beide Gene sind auf dem mobilen tLST-Cluster ko-organisiert, welcher extreme Stressresistenz vermittelt. Unsere ersten Daten deuten auf spezifische Merkmale von Hsp20 hin, die es von dem kanonischen IbpA sHsp unterscheiden. Zu diesen Merkmalen gehören eine temperaturabhängige Aktivitätskontrolle und eine spezifische Zusammenarbeit mit der ClpG Disaggregase. Durch die Kombination unserer sich ergänzenden Fachkenntnisse in der Biochemie der Chaperone und der Genetik und Physiologie von P. aeruginosa planen wir: (1) Bestimmung der Substratpools von IbpA und Hsp20 unter verschiedenen Stressbedingungen und Analyse der mechanistischen Ursachen der unterschiedlichen sHsp-Substratspezifitäten. (2) Bestimmung der Auswirkungen extremer Temperaturen auf die sHsp-Aktivitäten und -Stabilitäten sowie deren individuelle Beiträge zum bakteriellen Überleben bei extremen Temperaturen. (3) Bestimmung der Art und Weise des selektiven Zusammenspiels von sHsps und Proteindisaggregasen und die Bedeutung von sHsp/Disaggregase-Kooperationen für die bakterielle Resistenz gegen starken Stress.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Changhan Lee, Ph.D.