The DctA/DcuS sensor complex of Escherichia coli: The components and their function

• Antragsteller: Professor Dr. Gottfried Unden
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 59122837

Bakterien nutzen vielfältige membranständige Sensoren zur Detektion von Reizen aus der Umwelt. Die Sensorkinase DcuS (C4-dicarboxylate uptake Sensor) aus dem Darmbakterium Escherichia coli zeigt den klassischen Aufbau einer membranständigen Sensorkinase mit einer extrazellulären (periplasmatischen) Sensor- und einer cytoplasmatischen Kinasedomäne. Diese erkennt und bindet den Effektor (Reiz) in Form von Fumarat oder anderen C4-Dicarbonsäuren. Zusätzlich benötigt DcuS aber Transporter als Co-Sensoren; dies ist im aeroben Stoffwechsel der Succinattransporter DctA, im anaeroben Stoffwechsel der Fumarat/Succinat-Antiporter DcuB. DcuS bildet mit diesen Permeasen Sensorkomplexe (DctA/DcuS oder DcuB/DcuS). Die Interaktion zwischen DctA (oder DcuB) erfolgt über spezifische Domänen, die für die Interaktion und Funktion essentiell sind. Die Untersuchungen zeigen, dass die Sensorkomplexe auf Reize wie Fumarat zum Einen direkt durch Bindung des Reizmoleküls an der periplasmatischen Sensordomäne reagieren. Zusätzlich scheinen DctA oder DcuB die Information über den Transport- und Stoffwechsel-Status an DcuS zu vermitteln. Die Funktionsweise dieses neuartigen membranständigen Transporter/Sensorkomplexes soll in vivo und in vitro untersucht werden. Auf der Seite der Transporter soll zukünftig DctA im Zentrum der Untersuchungen stehen, da dieser Transporter wesentlich einfacher zu handhaben ist als DcuB.Die Sensor- und Transporterproteine des DctA/DcuS-Komplexes können gereinigt und in Liposomen rekonstituiert werden. DcuS und DctA können damit in vivo und in vitro einzeln und im Komplex untersucht werden. Ein Hauptinteresse wird den Fragen nach der unterschiedlichen Funktion des Sensors und des Transporters im Sensorkomplex gelten, warum der Transporter zusätzlich zu dem Sensor benötigt wird, und wie der Funktionszustand des Transporters an DcuS übermittelt wird. Es sind Mutanten vorhanden, die die Spezifität des Sensors DcuS für die Reizmoleüle andern. Diese Mutanten werden zeigen, ob DcuS alleine für die Substratspezifität verantwortlich ist. Die Helix8/ Helix8b-Region von DctA scheint eine direkte Verbindung vom Transportzentrum in DctA zu der Interaktionsstelle DctA/DcuS herzustellen. Die Funktion dieses Bereiches für die Übermittlung des Funktionszustandes des Transporters DctA an DcuS soll genau untersucht werden. Wir erwarten, dass die Arbeiten an dem DctA/DcuS Sensorkomplex uns ein genaueres Verständnis dieser neuartigen Transporter/Sensor-Komplexe ermöglichen. Offensichtlich werden hier zwei verschiedenartige Reize (Reizmoleküle und Funktions- oder Stoffwechselzustand) zur Kontrolle der Sensorkomplexe genutzt. Diese Art der Reizerkennung scheint von breiterer Bedeutung für die Kontrolle von Sensoren in Bakterien und anderen Organismen zu sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen