Regulation der (p)ppGpp-metabolischen Aktivitäten von RelA, Rel und SpoT

• Antragsteller: Professor Dr. Gert Bange; Professor Dr. Daniel Nicodemus Wilson
• Fachliche Zuordnung: Biochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314783864

Die stringente Kontrolle (stringent response) ist ein zentraler Mechanismus zur Anpassung von Bakterien an Umweltveränderungen und Stressbedingungen. Daher spielt die stringente Kontrolle eine bedeutende Rolle in der Virulenz pathogener Bakterien, der Antibiotikaresistenz und dem Entstehen sogenannter persistenter Zellen. Das Protein RelA moduliert die zelluläre Konzentration der bakteriellen Alarmmoleküle (auch: alarmone) ppGpp und pppGpp ((p)ppGpp). RelA besitzt eine (p)ppGpp Syntheseaktivität, welche in Gegenwart von Ribosomen verstärkt wird, die durch nichtbeladene tRNAs unter Aminosäuremangelbedingungen blockiert sind. Des Weiteren kann RelA in Abwesenheit des Ribosoms durch seine Hydrolaseaktivität (p)ppGpp degradieren. Die Abwesenheit genauer struktureller/biochemischer Information zum Mechanismus von RelA verlangsamen unser molekulares Verständnis der stringenten Kontrolle und die rationale Entwicklung von Werkzeugen zu deren Manipulation (z.B. die Entwicklung von Antibiotika, die in die stringente Kontrolle eingreifen). Ziel der Arbeit ist die strukturelle Aufklärung von RelA allein und in Komplex mit seinen Liganden durch Röntgen-Kristallografie. Zusätzlich wird die Struktur von RelA am blockierten Ribosom durch hochaufgelöste Elektronenmikroskopie geklärt werden. Des Weiteren soll der Mechanismus der (p)ppGpp Synthese, (p)ppGpp Degradation und das Zusammenspiel der beiden Aktivitäten im bifunktionellen RelA biochemisch und strukturell geklärt werden. Ziel der Arbeit soll also die detaillierte Aufklärung des molekularen Mechanismus sein, welcher der RelA-vermittelten (p)ppGpp Synthese und Degradation während der stringenten Kontrolle zugrunde liegt. Unsere Arbeit wird damit den Grundstein für die rationale Entwicklung neuer antimikrobieller Wirkstoffe legen, welche sich gegen die stringente Kontrolle pathogener Bakterien richten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1879: Nucleotide Second Messenger Signaling in Bacteria