The potassium-sensory mechanism of a prokaryotic histidine kinase/response regulator system
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um unter ständig variierenden Umweltbedingungen zu überleben, besitzen Bakterien sogenannte Zwei-Komponentensysteme. Diese Systeme, die aus einer Histidinkinase und einem Antwortregulator bestehen, sensieren Umweltreize, übertragen Informationen mittels Phosphorylierung und induzieren eine zelluläre Antwort. Escherichia coli beispielsweise besitzt 30 dieser Systeme. Das K+-Limitation sensierende KdpD/KdpE-System ist in mehr als 1000 sequenzierten Bacteria- und Archaea-Genomen kodiert, wozu viele pathogene Bakterien gehören. Im Rahmen des Projektes ist es gelungen, KdpD als einen dualen Sensor zu identifizieren, der einerseits intrazellulär den Bedarf von E. coli nach K+ und anderseits die extrazelluläre Verfügbarkeit von K+ sensiert. Begleitende theoretische Simulationen unterstreichen, dass dieses Regulationsregime, das wahrscheinlich weiter verbreitet ist als bisher angenommen, eine maximale Homöostase für essentielle Nährstoffe ermöglicht. Die duale Sensorik von KdpD scheint mit einer großen strukturellen Dynamik herzugehen, die alle bisherigen Versuche zur Strukturaufklärung des Rezeptors beeinträchtigt. Mit den Arbeiten zum Projekt wurden darüber hinaus neue Einblicke in die Feinregulation des K+-abhängigen Regulationsnetzwerkes von Bakterien gewonnen sowie neue Genprodukte, die potentiell einer K+-abhängigen Regulation unterliegen, aufgedeckt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2014) Dynamics of an interactive network composed of a bacterial two-component system, a transporter and K+ as mediator, PLoS One, 9, e89671
Heermann, R., Zigann, K., Gayer, S., Rodriguez-Fernandez, M., Banga, J.R., Kremling, A., Jung, K.
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(2015) Binding of c-di-AMP to the Staphylococcus aureus sensor kinase KdpD occurs via the USP domain and down-regulates the expression of the Kdp potassium transporter, J. Bacteriol., 198, 98-110
Moscoso, J.A., Schramke, H., Zhang, Y., Tosi, T., Dehbi, A., Jung, K., Gründling, A.
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(2016) A dual-sensing receptor confers robust cellular homeostasis, Cell Rep. 16, 213–221
Schramke, H., Tostevin, F., Heermann, R., Gerland, U., Jung, K.
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(2016) Stimulus perception by histidine kinases. In “Stress and Environmental Regulation of Gene Expression and Adaptation in Bacteria”, First Edition. Edited by Frans J. de Bruijn. Published by JohnWiley & Sons, Inc., pp. 282-300
Schramke, H., Wang, Y., Heermann, R., Jung, K.
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(2017) Non-canonical activation of histidine kinase KdpD by phosphotransferase protein PtsN through interaction with the transmitter domain, Mol. Microbiol., 106, 54-73
Mörk-Mörkenstein, M., Heermann, R., Göpel, Y., Jung, K., Görke, B.
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(2017) Revisiting regulation of potassium homeostasis in Escherichia coli: the connection to phosphate limitation, MicrobiologyOpen, 6, e438
Schramke, H., Laermann, V., Tegetmeyer, H.E., Brachmann, A., Jung, K., Altendorf, K.
