Thiosulfatdehydrogenase: ein ungewöhnliches acidophiles c-Typ Cytochrom

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Christiane Dahl
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 198187081

In den letzten Jahren haben sich Hinweise darauf gemehrt, dass c-Typ Cytochrome mit einer ungewöhnlichen axialen Histidin-Cystein Häm-Koordination eine herausragende Rolle im Schwefel basierten Energiestoffwechsel spielen. Das Dihäm-Cytochrom c TsdA, das in vivo abhängig vom Wirtsorganismus und von den Wachstumsbedingungen als Thiosulfatdehydrogenase oder als Tetrathionatreduktase fungiert, wurde kürzlich als weiteres Mitglied dieser spannenden Gruppe von Proteinen identifiziert. Obwohl es nicht nur in Proteobakterien sondern auch in anderen bakteriellen Phyla weit verbreitet ist, fehlen detaillierte Kenntnisse über den Reaktionsmechanismus, die biophysikalischen und strukturellen Eigenschaften sowie über die exakte physiologische Rolle des Proteins. Das Projekt zielt darauf ab, diese Lücken zu füllen und ist auf zwei Prototypen des Enzyms konzentriert: [1] Die Thiosulfatdehydrogenase aus dem Schwefelpurpurbakterium Allochromatium vinosum, die nicht nur eine Hämgruppe mit der seltenen His/Cys-Koordination enthält sondern auch ein zweites ungewöhnliches Häm, das bei Reduktion von einer His/Lys- in eine His/Met-Ligation übergeht.[2] Die bifunktionelle Tetrathionatreduktase/Thiosulfatdehydrogenase aus dem humanpathogenen Darmbakterium Campylobacter jejuni. Dieses Enzym ist speziell auf die Katalyse der Reduktion von Tetrathionat angepasst.Strukturelle Vergleiche deuten darauf hin, dass eine fehlende oder andere axiale Ligation einer der beiden Hämgruppen einen der Faktoren darstellt, die zu den unterschiedlichen Eigenschaften der beiden TsdA Prototypen führen. Molekulargenetische Arbeiten mit den Wirtsorganismen und mit tsdA Null- sowie Komplementationsmutanten in Kombination mit detaillierter biophysikalischer, elektrochemischer und struktureller Charakterisierung und Vergleich der beiden TsdA Prototypen werden zur Beantwortung der folgenden Fragen beitragen:[1] Welche molekularen Details führen dazu, dass TsdA Proteine bevorzugt Thiosulfatoxidation oder Tetrathionatreduktion katalysieren?[2] Was sind die physiologischen Funktionen von Thiosulfatdehydrogenase/Tetrathionatreduktase und welche Vorteile ergeben sich dadurch für die Wirtsorganismen?Die Antworten auf diese Fragen werden zu einem umfassenden Verständnis eines neuen und ungewöhnlichen Typs von Cytochromen beitragen. Außerdem werden die Ergebnisse dieses Projekts dazu verhelfen, die Bedeutung von Thiosulfat nicht nur für solche Bakterien, die bekanntermaßen Schwefelverbindungen zur Energiegewinnung nutzen, zu verstehen sondern ein solches Verständnis auch für organoheterotrophe Thiosulfat bzw. Tetrathionat metabolisierende Organismen zu erreichen, die Relevanz für die menschliche Gesundheit haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen