Charakterisierung der chlamydialen Maschinerie zur Peptidoglykan-Remodellierung

• Antragstellerin: Dr. Beate Henrichfreise
• Fachliche Zuordnung: Parasitologie und Biologie der Erreger tropischer Infektionskrankheiten
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390536577

Bakterien des Phylums Chlamydiae sind oligat intrazelluläre Pathogene von globaler Bedeutung. In freilebenden Bakterien ist die Zellwand (Peptidoglykan) wichtig für Osmoprotektion und Zellteilung und dient als bedeutendes Antibiotika-Target. Die Forschung zur chlamydialen Zellwand steht noch am Anfang. Kürzlich wurde belegt, dass Peptidoglykan (PG)-Synthese für die Zellteilung in Chlamydien benötigt wird. Vor dem Hintergrund, dass PG in Protochlamydia amoebophila eine unbekannte Modifikation aufweist und an der Zellteilungsebene von Chlamydia trachomatis eine transiente Akkumulation von Fluoreszenz-markierten PG-Bausteinen auftritt, planen wir (i) chlamydiale PG-Remodellierungsenzyme zu identifizieren, und (ii) deren enzymatischen Eigenschaften und Substratprofile sowie (iii) deren zelluläre Lokalisation zu bestimmen. Dazu werden wir forward genetic (Struktur-Funktion) Studien, biochemische Analysen und in situ/in vivo Lokalisationsexperimente durchführen. Das Projekt basiert auf unseren Analysen zweier uncharakterisierter chlamydialer Zellwand-Remodellierungsenzyme; der PG-Amidase AmiA und eines fälschlich als NlpD annotierten LysM-Domänen-Proteins. Während AmiA als bifunktionale Amidase/Penicillin-sensible Carboxypeptidase PG und/oder Vorläufer schneidet, bindet 'NlpD' PG mittels seiner LysM-Domäne und scheint PG/Vorläufer an den Peptidseitenketten anzugreifen. Diese publizierten Arbeiten werden wir durch Struktur-Funktionsstudien an chlamydialem AmiA ausweiten, indem wir prüfen, ob es konstitutiv aktiv ist und seine Aktivität wie in E. coli-Amidasen durch Autoinhibierung reguliert werden kann (Ziel 1). Weiterhin untersuchen wir die Rolle der LysM-Domäne(n) in der Bindung/dem Schneiden von PG/Vorläufern durch 'NlpD' in vitro und in vivo. Dazu wird die Funktion des Wildtyps mit Mutanten verglichen, welche Substitutionen in der LysM Domäne aufweisen, oder mit Chimären, in denen die LysM-Domäne gegen die eines uncharakterisierten chlamydialen LysM-Proteins ausgetauscht wurde (Ziel 2). Zusätzlich nutzen wir das kürzlich entwickelte C. trachomatis-Transformationssystem, um zu prüfen, ob AmiA, 'NlpD' und das o.g. LysM-Protein an der Teilungsebene lebender Zellen lokalisieren und deren Überexpression die Konstriktion oder Architektur des septalen PG beeinträchtigt (Ziel 3). Unsere Arbeiten werden zeigen, welche PG-Remodellierungsschritte in obligat intrazellulären Erregern wie den Chlamydien zum Tragen kommen und wichtige Abweichungen von kanonischen Zellteilungs- und septalen PG-Kontrollmechanismen freilebender (Modell-) Bakterien offenlegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen