Regulation der Eisen-Schwefel Cluster Assemblierung in einem fakultativ phototrophen Alpha-Proteobakterium

• Antragstellerin: Professorin Dr. Gabriele Klug
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289751504

Viele Proteine benötigen Eisen-Schwelfel (Fe-S) Zentren, um ihre essentielle Funktion auszuüben, wie z.B. Elektronentransfer, Wahrnehmung von Redoxsignalen, oder DNA Replikation und Reparatur. Freies Eisen kann zusammen mit molekularem Sauerstoff hoch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) generieren. Oxidativer Stress führt seinerseits zur Schädigung von Fe-S Zentren und zur weiteren Freisetzung von Eisen, welches in der Fenton Reaktion zur Bildung von Hydroxylradikalen führt. Daher muss die Biogenese von Fe-S Zentren bei gleichzeitigem Schutz der zellulären Umgebung vor Schaden durch freie Eisen-Ionen erfolgen. Die Gene für die Fe-S Assemblierung werden durch Eisenverfügbarkeit und oxidativen Stress reguliert. Escherichia coli und verwandte Spezies haben zwei Systeme für die Biogenese von Fe-S Zentren, Isc und Suf, und die Regulation der entsprechenden Gene wurde intensiv untersucht. Über die Regulation dieser Gene in anderen Bakterien ist bisher wenig bekannt.Rhodobacter sphaeroides ist ein Alpha-Proteobakterium, das bei niedriger Sauerstoffkonzentration Photosynthesekomplexe bildet. Dieser Vorgang erhöht den Bedarf an Fe-S Zentren aber auch das Risiko der Bildung von ROS. Bei R. sphaeroides liegen die iscRS und suf Gene im Chromosom benachbart. Vorarbeiten deuten darauf hin, dass es eigene Promotoren für die isc und die suf Gene gibt, aber auch Kotranskription und Trankription anti-sense zu iscR erfolgt. Eisenverfügbarkeit und Sauerstofflevel regulieren die Expression der isc-suf Gene und mehrere Proteine sind daran beteiligt, von denen einige Fe-S, Häm, oder Eisen-Kofaktoren tragen. Wie in E. coli bindet IscR selbst Fe-S, dem R. sphaeroides Protein fehlen jedoch die konservierten Aminosäuren, die in anderen Bakterien das Fe-S koordinieren. Weiterhin wird die eisenabhängig exprimierte sRNA SurS von IscR kontrolliert und beeinflusst die Expression von Genen des Schwefelmetabolismus und der Eisenspeicherung.Wir wollen die Mechanismen aufklären, die die isc-suf Expression in R. sphaeroides kontrollieren und Fe-S Assembly und Bildung von Photosynthesekomplexen in R. sphaeroides koordinieren. Der Einfluss verschiedener Wachstumsbedingungen, von Protein- und RNA-Regulatoren auf die individuellen Promotoren soll untersucht werden. Es soll die Frage gelöst werden, inwieweit die Bildung von Photosynthesekomplexen bzw. die anoxygene Photosynthese die isc-suf Expression beeinflussen, was die zugrunde liegenden Mechanismen sind und wie andererseits die Suf Maschinerie die Bildung von Photosynthesekomplexen beeinflusst. Wir wollen das neue Fe-S Bindemotiv von IscR definieren und testen, ob diese ungewöhnliche Bindung für die Regulation in R. sphaeroides von Bedeutung ist. Wir erwarten neue Einblicke in die Regulation der Assemblierung von Fe S Zentren in der speziellen Situation eines phototrophen Organismus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen