Molekulare Funktionen von Alr2890 und PatR bei der Koordinierung von Photosynthese und Stickstofffixierung

• Antragsteller: Dr. Manuel Brenes-Álvarez
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573729313

Cyanobakterien der Ordnung Nostocales betreiben Sauerstoff-freisetzende Photosynthese in vegetativen Zellen und fakultativ Stickstofffixierung in Heterozysten, einem morphologisch distinkten Zelltyp. In einem R-DeeP-Fraktionierungsexperiment wurden in dem Modellorganismus Nostoc 7120 Hunderte von vorher unbekannt gebliebenen RNA-abhängigen Proteinen identifiziert. Dieses Projekt zielt auf zwei dieser Proteine, Alr2890 und PatR, die direkt mit RNA interagieren und einige herausragende Eigenschaften besitzen. Das Protein Alr2890 enthält eine kanonische S4-RNA-Bindungsdomäne. Homologe von Alr2890 gibt es in allen Cyanobakterien, eukaryotischen Algen und Pflanzen, wo es in Thylakoidmembran- und aktiven Photosystem-II-Präparationen gefunden wurde. Dies deutet darauf hin, dass das RNA-bindende Protein Alr2890 und seine Homologe eine Funktion in der Photosynthese haben, die über Millionen von Jahren der Evolution von Cyanobakterien bis zu Landpflanzen konserviert geblieben ist. PatR besitzt zwei OB-Fold-Domänen in einem Tandemarrangement, die DNA und RNA binden und die Expression Heterozysten-spezifischer Gene über einen nicht-kanonischen Mechanismus unter Beteiligung der sRNAs Yfr1 und NsiR1 regulieren können. Im Rahmen des Projekts werden klassische genetische Ansätze und fortgeschrittene RNA-Technologie eingesetzt, um die Funktionalität von Alr2890 und PatR auf molekularer Ebene zu charakterisieren. Wir werden CLIP-seq verwenden, um die RNA-Partner von Alr2890 zu identifizieren, und eine RNA-seq-Analyse des Δalr2890-Stamms durchführen, um die biologische Relevanz der bindenden RNA-Moleküle zu identifizieren. Durch eine Kombination aus gezielter und zufälliger Mutagenese und Bindungsaffinitätsmessungen werden die DNA- und RNA-bindenden Aktivitäten von PatR biochemisch charakterisiert werden. Die Sequenzanalyse von ΔpatR-Suppressor-Mutanten wird Aufschluss über die molekularen Mechanismen geben, die PatR nachgeschaltet sind. Diese Daten werden durch transkriptomische und proteomische Analysen der Genexpression sowie durch konfokale Mikroskopie (RNA-FISH) ergänzt, um die regulatorischen Netzwerke zu entschlüsseln, an denen die neuen RNA-bindenden Proteine beteiligt sind. Die erwarteten Ergebnisse werden zu neuen Erkenntnissen über die Koordination zwischen Photosynthese und der posttranskriptionellen Regulierung der Genexpression führen und funktionelle Details einer bisher unbekannt gebliebenen regulatorischen Achse aufdecken, die Transkription und posttranskriptionelle Regulation verbindet. Beide Aspekte bieten ein erhebliches Potenzial für konzeptionelle Fortschritte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen