The cell cycle of Halobacterium salinarum: proteome changes and protein dynamics
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ausgangslage für das Projekt war sehr klar: 1) H. salinarum hat einen sehr streng kontrollierten Zellzyklus und die Zellteilung wird bei Inhibition der Replikation sofort und vollständig inhibiert, 2) H. salinarum Kulturen können sehr gut synchronisiert werden, 3) es gab nur wenige zellzyklusabhängige Änderungen des Transkriptoms, so dass zellzyklusabhängige Oszillationen von Proteinkonzentrationen und/oder posttranslationalen Modifikationen vermutet wurden. Diese Grundhypothese sollte im Projekt untersucht werden. Mit DIGE konnten die Konzentrationen von ca. 1200 zytoplasmatischen Proteinen zu acht Zeitpunkten, die einen gesamten Zellzyklus repräsentierten, quantifiziert und Zeitverläufe erstellt werden. Unerwarteter Weise konnte klar gezeigt werden, dass die Konzentration von fast allen Proteinen im Zellzyklus konstant bleibt. Die Untersuchung der möglichen zellzyklusabhängigen differentiellen Phosphorylierung war weniger umfassend, aber es konnten immerhin ca. 30 Proteine mit „einem PhosphoProtein Purification kit“ gereingt werden. Leider konnte keine zellzyklusabhängige Oszillation beobachtet werden. Da diese Ergebnisse als „negative Ergebnisse“ (Abwesenheit von) leider nicht publizierbar waren, musste das Projekt zum Zellzyklus von H. salinarum in meiner Arbeitsgruppe eingestellt werden. Der molekulare Mechanismus der Regulation des Zellzyklus in halophilen Archaea bleibt also weiterhin unklar. Eine mögliche Erklärung für die fast vollständige Abwesenheit von zellzyklusabhängigen Oszillationen von Proteinkonzentrationen bietet die Beobachtung, dass H. salinarum keine S-Phase besitzt, sondern kontinuierlich während des gesamten Zellzyklus DNA synthetisiert. Eine Oszillation der Konzentrationen von Replikationsenzymen, DNA-Reparaturenzymen usw., die in den bislang charakterisierten Arten von Eukaryoten und Bakterien beschrieben worden ist, ist ohne S-Phase natürlich nicht notwendig. Ich betrachte ich das Zellzyklusprojekt insgesamt (zusammen mit dem Vorgängerprojekt) als sehr erfolgreich und insbesondere folgenreich. Die Entdeckung von SMC-interagierenden Proteinen und damit eines prokaryotischen SMC-Komplexes wurde zwar nicht von meiner Gruppe weiterverfolgt, aber eine Reihe anderer Gruppen haben SMC Komplexe in Bakterien charakterisiert und die Dynamik der Chromosomensegregation in Bakterien untersucht. Ohne das Zellzyklusprojekt hätten wir niemals entdeckt, dass halophile Archaea polyploid sind. Die Charakterisierung der „Ploidie in Prokaryoten“ ist ein zentrales Thema meiner Arbeitsgruppe geworden und ist auf dem Weg, ein „change of concept“ in der Mikrobiologie herbeizuführen und Prokaryoten nicht länger als „typischerweise monoploid“ zu betrachten. Der Vergleich unserer Arbeiten mit denen von Rolf Bernander über Sulfolobus hat auch gezeigt, dass so etwas wie der „archaeale Zellzyklus“ nicht existiert, sondern sich zumindest die Zellzyklen von Euryarchaeota und Crenarchaeota grundlegend unterscheiden. Die gerade erst publizierte Entdeckung eines Zellzyklus ohne S-Phase wird hoffentlich in der Zukunft ihre Wirkung entfalten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008) Genomics and functional genomics with haloarchaea. Arch. Microbiol. 190: 197-215
Soppa, J., Baumann, A., Brenneis, M., Dambeck, M., Hering, O., and Lange, C.
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(2014) Cell cycle and polyploidy in haloarchaea. In: Halophiles: Genetics and Genomics. Papke, T., and Oren, A. (edt.), Caister Academic Press, Norfolk, UK, p. 145-166
Zerulla, K., Baumann, A., and Soppa, J.
