Aufklärung des Mechanismus der Sekretion von Membraneffektoren durch das Legionella Dot/Icm type IV b Sekretionssystem

• Antragsteller: Professor Samuel Wagner, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541310473

Legionellen nutzen Typ 4 b-Sekretionssysteme (T4bSS), um eine parasitäre Lebensweise in Amöben zu etablieren. Dahingehend bewirken diese Systeme die Translokation von mehr als 300 verschiedenen bakteriellen Effektorproteinen in die eukaryotischen Zielzellen. Im Rahmen einer Infektion werden dieselben Effektoren von pathogenen Legionella spp. wie L. pneumophila in alveoläre Makrophagen transloziert, was zur Legionärskrankheit führt. Ca. 20% der T4bSS-Effektoren enthalten Transmembrandomänen (TMD). Diese TMD-Effektoren inserieren in eine der Membranen des eukaryotischen Wirts. Transmembransegmente in Effektoren stellen einen potenziellen Zielkonflikt dar, da zwei aufeinander folgende Signale für zwei verschiedene Sekretionswege im selben Protein verkettet sind: das C-terminale Signal für den Transport durch das T4bSS und hydrophobe Segmente, die zur Insertion in die innere Membran leiten. Wir konnten zuvor zeigen, dass ein Teil der T4bSS TMD-Effektoren von L. pneumophila TMDs mit reduzierter Hydrophobizität besitzen. Dadurch vermeiden sie die Insertion in die innere Membran und werden stattdessen direkt zum T4bSS Komplex geleitet. T4bSS sind jedoch auch in der Lage, TMD-Effektoren mit starker Hydrophobizität zu sezernieren, die in die innere Membran des Bakteriums inseriert werden könnten. In der Tat konnten wir erste Hinweise darauf erhalten, dass sehr hydrophobe TMD-Effektoren einem zweistufigen Sekretionsweg mit einem Intermediat in der inneren Membran folgen. Für die Sekretion scheinen diese TMD-Effektoren ein C-terminales Sekretionssignal zu benötigen, das sich auf der zytoplasmatischen Seite der Membran befindet. Wir vermuten, dass sie von der bakteriellen Membran in Richtung Zytoplasma extrahiert und anschließend zur Sekretion an den T4bSS-Kernkomplex übergeben werden. Hier schlagen wir vor, die mechanistischen Details zu untersuchen, die der Sekretion von TMD-Effektoren durch die T4bSS-Maschinerie zugrunde liegen. Durch Bioinformatik, genetische Dissektion und Mutantenanalyse, Protein-Protein-Interaktionsanalyse, Sekretionsanalyse und selektivem Ribosomenprofiling erwarten wir: - Eine klare biochemische Klassifizierung der TMD-Effektoren entsprechend dem Weg, den sie für ihre T4bSS-abhängige Sekretion nehmen; - Einsicht, wie die Sekretion von T4bSS-Effektorproteinen im Allgemeinen und von TMD-Effektoren im Besonderen in den Gesamtkontext der Proteinbiogenese und -erhaltung innerhalb der Bakterienzelle eingebunden ist; - Den formellen Nachweis, dass stark hydrophobe TMD-Effektoren über ein Intermediat in der inneren Membran sezerniert werden; - Ein detailliertes Bild der notwendigen und zulässigen Eigenschaften von stark hydrophoben TMD-Effektoren, die über ein Intermediat in der inneren Membran sezerniert werden. Wir erwarten, dass die hier vorgeschlagene Arbeit bedeutende Einblicke in die Funktion der komplexen molekularen Maschinen liefern wird, die das Zusammenspiel von Bakterien mit ihren eukaryotischen Wirten ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen