SPP 1927:  Iron-Sulfur for Life

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Chemie ; Medizin
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 273919336

Eisen-Schwefel (Fe-S) Cluster sind essentielle Protein Kofaktoren für alle Lebensformen. Fe-S Cluster sind beteiligt an allen zellulären Lebensprozessen wie der Atmung, Photosynthese, am Metabolismus von Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff und Wasserstoff, an der Biosynthese von Antibiotika, der Genregulation, Proteintranslation, Replikation und Reparatur von DNA, dem Schutz vor Oxidation und der Neurotransmission. Die Funktion von Fe-S Cluster als Enzymkofaktoren ist dabei nicht nur auf Elektronentransferprozesse beschränkt, sondern beinhaltet auch Funktionen in der Biosynthese von komplexen Metallkofaktoren. Ein Beispiel dazu repräsentiert die Superfamilie der radikalen S-Adenosynmethionin-abhängigen Enzymen, die 2001 entdeckt wurde. Enzyme dieser Familie spielen essentielle Funktionen in der Biosynthese von Metallkofaktoren, wie z.B. für die Synthese des Eisenmolybdänkofaktors (FeMoco) der Nitrogenase, des Molybdän-Kofaktors (Moco) von diversen Molybdoenzymen, des aktiven Zentrums von [Fe-Fe]- und [Fe] Hydrogenasen sowie von Tetrapyrolkofaktoren in Häm- Corrinen- und Chlorinen. In den letzten Jahren ist zusätzlich deutlich geworden, dass Studien an isolierten Enzymen zusätzlich im gesamten zellulären Zusammenhang betrachtet werden müssen, da die Biosynthese, Funktion und der Abbau dieser Kofaktoren in einem dynamischen Zusammenspiel mit zellulären Prozessen stet. Unterschiedliche Biosynthesewege von Kofaktoren sind miteinander Verknüpft durch die Bioverfügbarkeit von Metallen, im speziellen von Molybdän, Wolfram, Nickel und Eisen. Die Hauptfragestellungen ergeben sich durch die Komplexität der einzelnen Kofaktorbiosynthesewege sowohl auf genetischer Regulationsebene als auch auf der enzymatischen Assemblierung der Metallzentrum bedingt durch deren chemischen Eigenschaften. In der letzten Zeit hat es einen Durchbruch in der technischen Entwicklung von Methoden gegeben, die die Assemblierung und Funktionalität von Metallkofaktoren auf zellulärer Ebene untersuchen können.Um das Zusammenspiel unterschiedlicher Metallkofaktoren auf zellulärer Ebene zu untersuchen, wir das interdisziplinäre Netzwerk des SPP benötigt, das das gesamte methodische Spektrum von Molekularbiologie, anorganischer Chemie, Biochemie, Zellbiologie, Strukturbiologie, Spektroskopie und Theorie umfasst. Es ist geplant neuartige enzymatische Systeme, innovative Modellkomplexe und neue Biosynthesewege von komplexen Metalloenzymen auf zellulärer Ebene zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Assemblierung des membrangebundenen FeS Zentrums der Na+-transportierenden NQR (Antragstellerinnen / Antragsteller Fritz, Günter ;  Fritz-Steuber, Julia )
• Assemblierung und Reifung der Eisen-Schwefel-Zentren der Nitrogenase (Antragsteller Einsle, Oliver )
• Assemblierung und Rolle der Eisen-Schwefel-Zentren im respiratorischen Komplex I (Antragsteller Friedrich, Thorsten )
• Charakterisierung der schrittweisen Assemblierung und Integration des [FeFe]-Hydrogenasen H-Clusters (Antragsteller Happe, Thomas )
• Charakterisierung und Reaktionsmechanismus der Nitrogenase-ähnlichen und an der Cofaktor F430 Biosynthese beteiligten Reduktase CfbC/CfbD (Antragstellerin Layer, Gunhild Monika )
• CooC2/AcsF und Cfd1/Nbp35: Reifung komplexer Fe/S-Zentren durch MinD-Typ ATPasen (Antragsteller Dobbek, Holger )
• Die CO2-Fixierung schüren durch Entgiftung von CO: Welche Geheimnisse verbergen sich hinter der elektronenverzweigenden Hydrogenase/Formiatdehydrogenase homoacetogener Bakterien? (Antragsteller Wagner, Tristan )
• Die Evolution der elektronischen Strukturen von Eisen-Schwefel Clustern. Beiträge der Elektronenstruktur zum Verständnis ihrer vielfältigen Funktionen. (Antragstellerinnen / Antragsteller DeBeer, Ph.D., Serena ;  Neese, Frank )
• Die kooperative Funktion von Eisen-Schwefel Clustern, der Homeostase von Metallen und der Biosynthese von Molybdoenzymen (Antragstellerin Leimkühler, Silke )
• Die Rolle der mitochondrialen Proteine Bol1 und Bol2 bei der Eisen-Schwefel-Cluster Insertion in verschiedene Empfängerproteine (Antragsteller Lill, Roland )
• Die Rolle von Eisen-Schwefel-Kofaktoren in der Assemblierung von Metallzentren und der Katalyse von Hydrogenasen (Antragsteller Lenz, Oliver ;  Zebger, Ingo )
• Die Rolle von FeS-Glutaredoxinen und ihrer Kofaktoren in Krankheiten (Antragsteller Berndt, Carsten ;  Lillig, Christopher Horst )
• Diurnale Dynamiken der pflanzlichen Biogenese von Eisen-Schwefel-Cluster- und anderen Metalloproteinen in Abhängigkeit von der Cluster-Biosynthese (Antragstellerin Krämer, Ute )
• Doppel-Cuban Eisen-Schwefel-Zentren: ein neuer Cofaktor in der Biologie (Antragsteller Dobbek, Holger )
• [Fe]-Hydrogenase: Die Biosynthese des FeGP Cofaktors und dessen katalytische Funktion (Antragsteller Shima, Ph.D., Seigo )
• Funktionelle Untersuchungen zum Mechanismus des Eisen-Schwefel-Cluster-haltigen Proteins HypD bei der Biosynthese der CO- und CN-Liganden von [NiFe]-Hydrogenasen (Antragsteller Sawers, Gary )
• Funktionsanalyse der chloroplastidären Eisen-Schwefel J-Domänen Proteine CDJ3-5 (Antragsteller Schroda, Michael )
• In vitro Reifungssystem für die Analyse der [NiFe]-Hydrogenase (Antragsteller Soboh, Basem )
• Koordinationsfonds (Antragstellerin Leimkühler, Silke )
• Korrelation der dreidimensionalen und elektronischen Struktur von [FeFe]-Hydrogenasen (Antragstellerinnen / Antragsteller Birrell, James ;  Span, Ingrid )
• Mechanismen von [4Fe-4S]-Cluster-Insertionen in der zytosolischen Eisen-Schwefel-Protein-Komponente Nar1 (Antragsteller Braymer, Ph.D., Joseph James )
• Mitochondriale und zytosolische Reifung der humanen FeS-abhängigen MOCS1A Molybdäncofaktor Syntheseproteine und Verbindungen zwischen beiden Cofaktor-Synthesewegen (Antragsteller Schwarz, Günter )
• Modellstudien mit synthetischen Analoga: Beiträge zum Verständnis der Funktion von Fe/S-Cofaktoren mit alternativen Clusterliganden (Antragsteller Meyer, Franc )
• Molekulare Determinanten der zytosolischen Insertion von Eisen-Schwefel-Clustern (Antragsteller Pierik, Antonio J. )
• Molybdäncofaktor Biosynthese und Crosstalk zum FeS Metabolismus in Neurospora crassa nach ektopischer Expression der Proteine des ersten Moco Biosyntheseschrittes (Antragsteller Mendel, Ralf R. )
• Mössbauer-spektroskopische Methoden zum Studium der Assemblierung, Disassemblierung sowie der Katalyse von Eisen-Schwefel-Zentren (Antragsteller Schünemann, Volker )
• Nitrogenase-ähnliche Biosynthese von (Bakterio)chlorophyllen (Antragsteller Moser, Jürgen )
• Raumzeitliche Assemblierung und Funktion des modularen Formiat-Hydrogenlyase Komplexes (Antragstellerin Pinske, Constanze )
• Regulation der Eisen-Schwefel Zentren und Funktionen zweier Radikal-SAM-Enzyme durch einen gemeinsamen Elektronendonor aus Hefe? (Antragsteller Schaffrath, Raffael )
• Simulation der Kopplung von Katalyse und Elektronentransfer entlang von FeS-Cluster-Ketten in verschiedenen Enzymen (Antragsteller Ullmann, Matthias )
• Spektroskopische Untersuchungen an gasverarbeitenden Metallenzymen (Antragsteller Stripp, Sven )
• Sulfido-Dithiolenkomplexe als Modelle für die molybdän- und wolframabhängigen Oxidoreduktasen - Synthese, Katalyse und biologische Aktivität zur Aufklärung von strukturellen Unsicherheiten, Struktur-Funktions Beziehungen und Biosynthese (Antragstellerin Schulzke, Carola )
• Vergleichende Membran-Metalloproteomik anaerob atmender Mikroorganismen (Antragsteller Adrian, Lorenz )
• Wolfram-abhängige Aldehyd-Oxidoreduktasen: spezifische W-Cofaktor Insertion und dessen Interaktionen mit Fe-S-Zentren in Katalyse und Reifung (Antragsteller Heider, Johann )
• Zusammenspiel von Metalloenzym-Syntheseapparaten in Geobacter metallireducens: Cofaktor-Assemblierung und Funktion von W-/FeS-enthaltenden BamB (Antragsteller Boll, Matthias )

• Sprecherin: Professorin Dr. Silke Leimkühler