Die dritte Säule bakterieller Signaltransduktion: Regulatorische Vielfalt und Evolution von Extracytoplasmic function (ECF) Sigmafaktoren

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Mascher
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 48513419

Die Adaptation eines Bakteriums an sich verändernde Umweltparameter ist überlebenswichtig und basiert auf einer sensitiven Wahrnehmung der zugehörigen Reize und ihrer Weiterleitung ins Zellinnere. Im Rahmen der ersten Förderperiode konnten wir zeigen, dass extracytoplasmic function (ECF-)Sigmafaktoren, welche eine wichtige Rolle bei Stressantworten, Differenzierungs- und Pathogenitätsprozessen spielen, nach Ein- und Zweikomponentensystemen das dritte fundamentale Prinzip bakterieller Signaltransduktion darstellen. Im Zuge dieser Untersuchungen haben wir eine Reihe neuartiger konservierter ECF-Gruppen mit ungewöhnlichen Eigenschaften identifiziert, deren Signaltransduktion sich deutlich von dem klassischen Mechanismus unterscheidet. Letzterer basiert auf einer reversiblen Interaktion des ECF-Sigmafaktors mit seinem zugehörigen Anti-Sigmafaktor. Für eine neue Gruppe, ECF41, konnten wir bereits experimentell zeigen, dass die Aktivität der Sigmafaktoren durch eine C-terminal fusionierte, inhibitorische Domäne reguliert wird. Für die hier beantragte zweite Förderperiode sollen zum einen zwei weitere neuartige und weitverbreitete ECF-Gruppen experimentell näher untersucht werden, zum anderen soll die Diversität und Evolution von ECF Sigmafaktoren mittels bioinformatischer Ansätze detailliert beschrieben werden. Für den experimentellen Teil soll mittels molekularbiologischer Untersuchungen ein mechanistisches Verständnis zur Signaltransduktion zweier ungewöhnlicher ECF-Gruppen erzielt werden, welche sich durch das Fehlen eines Anti-Sigmafaktors auszeichnen. Sigmafaktoren der Gruppe ECF42 tragen eine C-terminal fusionierte potentielle Protein-Protein-Interaktionsdomäne, während Proteine der Gruppen ECF43/ECFSTK01-05 mit Ser-/Thr-Kinasen assoziiert sind, was auf einen Phosphorylierungs-abhängigen Mechanismus der Signaltransduktion hindeutet. Im Rahmen der theoretischen Untersuchungen wollen wir zunächst die ECF-Klassifizierung - welche auf Sequenzhomologien des Sigma-/Antisigma-Paares, dem genomischen Kontext sowie dem zugehörigen Promotormotiv basiert - durch Analyse von Genomen unterrepräsentierter Phyla sowie Metagenom-Datensätzen umfassend erweitern. Auf dieser Basis soll eine interaktive Online-Datenbank zur ECF-Klassifizierung und -Charakterisierung erstellt werden. Desweiteren deuten vorläufige Daten darauf hin, dass ECF-Sigmafaktoren sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten in der Evolution etabliert und diversifiziert haben. Während manche Gruppen bereits vor der Aufspaltung in einzelne bakterielle Phyla vorlagen, haben anderen sich deutlich später, im Zuge der Adaptation einzelner Phyla oder sogar Gattungen an ihre Habitate, entwickelt. Auf Basis des vorhandenen Datensatzes soll die Evolution der ECF-Sigmafaktoren näher beleuchtet werden, wobei sowohl Gruppen- als auch Organismen-zentrierte Analysen durchgeführt werden sollen, mit dem Ziel, die Diversifizierung und Verbreitung konservierter ECF-Gruppen im Zuge der Evolution nachzuvollziehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen