Regulation der Glucosylglycerol-Konzentration in Synechocystis sp. PCC 6803
Final Report Abstract
Alle Organismen regulieren den Wassergehalt der Zelle um einen stabilen Zelldruck aufrecht zu erhalten und damit das Wachstum zu gewährleisten. Umwelteinflüsse können den Wassehaushalt der Zelle massiv stören und so zum langsameren Wachstum oder zum Tod des Organismus führen. Die Prinzipien der Regulation des Wasserhaushaltes sind in vielzelligen und einzelligen Organismen die gleichen und werden unter dem Begriff der Osmoregulation zusammengefasst. Wir haben das Cyanobakterieum Synechocystis hinsichtlich der Osmoregulation genauer untersucht. Durch die Akkumulation der Substanz Glukosylglycerol (GG) ist Synechocystis in der Lage, nicht nur in Süßwasser, sondern auch im offenen Ozean zu überleben. Die Regulation der GG-Synthese stand im Mittelpunkt dieses Projektes. Wir konnten erstmalig zeigen, dass der Abbau des Schlüsselenzyms der GG Synthese im Laufe der Anpassung von Bedeutung ist und das dafür verantwortliche Protease-Enzym identifizieren. Mutanten, denen diese Protease fehlt, sind sensitiv gegenüber hohen Salzkonzentrationen und wir haben die Gründe dafür aufklären können. Neben der Beteiligung an der Osmoregulation ist die identifizierte Protease auch für die Aufrechterhaltung der Photosyntheseaktivität in Synechocystis wichtig. Unter Nutzung der Mutante konnten wir dazu beigetragen die bislang nicht verstandene toxische Wirkung von Ammonium auf photosynthetische Organismen erstmals mechanistisch zu verstehen. In weiterführenden Arbeiten zur Osmoregulation haben wir detaillierte Analysen am Schlüsselenzym der GGSynthese durchgeführt und es ist uns gelungen, ein neues Prinzip der Osmoregulation in Synechocystis zu entdecken. Das Schlüsselenzym der GGSynthese ist in der Lage, osmotische Stresssituationen selbst zu detektieren und wodurch es aktiviert wird. Seine Aktivität sorgt für die Linderung des Stresses, was wiederum zur erneuten Inaktivierung des Enzyms führt. Damit agiert das Protein als Sensor und Regulator. Der vorgeschlagene Mechanismus erlaubt die Anpassung von Synechocystis Zellen an beliebige osmotische Stresssituationen.
Publications
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(2006) A membrane bound FtsH protease is involved in osmoregulation in Synechocystis sp. PCC 6803: The compatible solute synthesizing enzyme GgpS is one of the targets for proteolysis. Mol. Microbiol., 63, 86-102
Stirnberg, M., Fulda, S., Hagemann, M., Krämer, R. and Marin, K.
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(2008) Ammonia Triggers Photodamage of Photosystem II in the Cyanobacterium Synechocystis sp. Strain PCC 6803. Plant Physiol. 147, 206
Drath, M., Kloft, N., Batschauer, A., Marin, K., Novak, J., Forchhammer, K.
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(2011) A novel mechanism of osmosensing: A salt dependent protein-nucleic acid interaction in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803. JBC. 286: 3235-41
Novak, J.F., Stirnberg, M., Roenneke, B., Marin, K.
