Detailseite
Projekt
Die Kontrolle der bistabilen Genexpression in Bacillus subtilis durch den transkriptionsfaktor SinR und die Phosphodiesterase YmdB
Antragsteller
Professor Dr. Jörg Stülke
Fachliche Zuordnung
Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
Förderung
Förderung von 2015 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276691051
Zellen des Gram-positiven Bodenbakteriums Bacillus subtilis können zwischen verschiedenen Lebensweisen wählen. Dazu gehören ein explorativer Lebensstil (mit beweglichen Zellen), eine sessile Lebensweise (Biofilm), die Ausprägung der genetischen Kompetenz oder die Sporulation. Während die beiden letztgenannten Lebensweisen typisch für Zellen in der stationären Phase sind, müssen wachsende Zellen eine Wahl zwischen Beweglichkeit und Biofilmbildung treffen, diese Lebensweisen schließen sich gegenseitig aus. Das SinR-Protein ist ein Transkriptionsfaktor, der beide Lebensweisen als Master-Regulator kontrolliert. Seine Aktivität wird durch inhibitorische Wechselwirkungen mit den Antagonisten SinI und SlrR gesteuert. Die Expression von SlrR wiederum unterliegt in einer negativen Feedback-Schleife der Repression durch SinR. Dieses regulatorische System erfüllt die Kriterien für ein bistabiles System. Wie haben entdeckt, dass YmdB, eine neue Phosphodiesterase, für diese bistabile Genexpression und damit für die phänotypische Heterogenität in Populationen von B. subtilis benötigt wird. Mit diesem Projekt möchten wir die molekulare Verknüpfung zwischen YmdB und der bistabilen Expression von Motilitäts- und Biofilmgenen aufklären. Das Vorhaben basiert auf folgender Hypothese: Unsere bisherigen Ergebnisse legen nahe, dass YmdB eine RNase-Aktivität hat. Eines der Substrate von YmdB muss für die Translation und/ oder Stabilität von SinR wichtig sein. Die erhöhten Mengen an SinR in der ymdB-Mutante führen zu einer Imbalanz in den Konzentrationen von SinR und seinen Antagonisten, SinI und SlrR. Dies ist von einer permanenten Repression der Biofilmgene und von einer konstitutiven Expression der Motilitätsgene begleitet. Um den Effekt von YmdB auf das bistabile System zu studieren, werden wir die absoluten Proteinmengen von SinR und seinen Antagonisten (Moleküle pro Zelle) in heterogenen Populationen und in sortierten homogenen Subpopulationen bestimmen. Außerdem werden wir ein mutiertes SinR-Protein biochemisch und bezüglich seiner Struktur untersuchen, das in einer ymdB-Mutante die bistabile Genexpression wieder herstellt. Die mit beiden Ansätzen erhaltenen Daten werden wir nutzen, um ein mathematisches Modell des bistabilen Schaltsystems zu entwickeln. Um den molekularen Mechanismus zu ermitteln, durch den YmdB die bistabile Genexpression beeinflusst, werden wir die Stabilitäten des SinR-Proteins und der sinR-mRNA im Wildtypstamm und einer ymdB-Mutante vergleichen. Außerdem werden wir schon vorhandene RNA-Seq-Daten auswerten, um mögliche Angriffsorte von YmdB mit Einzelnukleotidauflösung ermitteln zu können. Aus den RNA-Seq und Proteomanalysen erwarten wir klare Hinweise zur Identifikation des direkten Angriffsortes von YmdB. Wir sind zuversichtlich, dass das vorgeschlagene Programm uns erlauben wird, den molekularen Mechanismus für die Beteiligung von YmdB an der phänotypischen Heterogenität und der Wahl zwischen Motilität und Biofilmbildung aufzuklären.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
