Investigation of chromosome dynamics in bacteria
Final Report Abstract
In den verschiedenen Projekten des Antrags konnten Daten zum Aufbau des SMC Komplex gewonnen werden. Diese ist essentiell für die Chromosomensegregation während des Zellzyklus und lokalisiert in zwei subzellulären Zentren, je eins pro Zellhälfte. Das SMC Protein bildet in vitro rosettenartige Assemblierungen aus, basierend auf seiner Fähigkeit, ATP zu binden und zu hydrolysieren. Diese Strukturen könnten die Basis der SMC Zentren in der Zelle sein. Ein Subkomplex aus 2 ScpA und 4 ScpB Molekülen bildet mit einem SMC Dimer den SMC Komplex aus, der in der Zelle in einem dynamischen Gleichgewicht mit den Subkomponenten steht. Die Ausbildung der SMC Zentren ist abhängig von der DNA Replikation, also kein statischer Prozess, sondern hochgradig dynamisch. Für das SMC-ähnliche Protein SbcC konnte eine Funktion bei der Reparatur von DNA Schäden und Doppelstrangbrüchen an den Replikationsgabeln gezeigt werden, war für dieses konservierte Protein bisher nur angenommen wurde, jedoch erst durch die Visualisierung nachgewiesen werden konnte. Wir konnten zeigen, dass das RecN Protein an verschiedenen Stellen auf dem Chromosom Reparaturzentren nach der Induktion von DNA Schäden/Brüchen ausbildet, in denen RecA akkumuliert. Ausgehend von den Zentren bildet RecA dynamische Filamente aus, die anscheinend in der anderen Zellhälfte nach der homologen Sequenz auf den Schwesterchromosom suchen. Demnach bildet B. subtilis etwa über eine Distanz von 2 µm Holiday-junctions aus, über die DNA Brüche repariert werden. B. subtilis Zellen können am Ende des exponentiellen Wachstums zu kompetenten Zellen differenzieren, welche DNA aus der Umgebung aufnehmen können, und diese bei vorhandener Homologie zum Chromosom in dieses eingebaut werden kann. Dies kann zur Aufnahme z.B. von Resistenzgenen führen, ein immer schwerwiegenderes Problem in Krankenhäusern und in der Bevölkerung. Wir konnten zeigen, dass kompetente Zellen DNA an einem Zellpol aufnehmen, und diese zunächst von dem RecN Protein gebunden wird, und danach von RecA. RecA bildet Filamentstrukturen aus, die die aufgenommene DNA zum Chromosom führen, und dort die Rekombination herbeiführen, wenn genügend Homologie besteht. RecA Filaments sind dynamisch und suchen anscheinend das gesamte Chromosom nach Homologie zur aufgenommenen DNA ab. Die Untersuchungen zur Transformationsmaschinerie zeigen, dass auch Bakterien hochgradig räumlich organisierte Strukturen besitzen, welche Moleküle aufnehmen und transportieren.
Publications
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(2004) Visualization of DNA double Strand break repair in live bacteria reveals dynamic recmitment of RecF, RecO and RecN proteins to distinct sites on the nucleoids. MoL Microbiol. 52: 1627-1639
Kidane, D., H. Sanchez, J. Alonso and F. L, Graumann
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(2005) Dynamic assembly, localization and proteolysis of the Bacillus subtilis SMC complex. BMC Cell Biol. 6: 28
Mascarenhas, J., A. Volkov, C. Rinn, J. Schiener, R. Guckenberger and P. L. Graumann
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(2005) Genetic interaction of the SMC complex with topoisomerase IV in Bacillus subtilis. Microbiology 151:3729-3737
Tadessc, S., J. Mascarenhas, B. Kösters, A. Hasilik and P. L. Graumann
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(2006) Bacillus subtilis SbcC protein plays an important role in DNA inter-strand cross link repair. BMC MoL Biol. 7: 20
Mascarenhas, J., H. Sanchez, S. Tadesse, D. Kidane, J. C. Alonso and P. L. Graumann
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(2006) Differential and dynamic localization of topoisomerases in Bacillus subtilis. J. Bacteriol. 188: 3002-3011
Tadesse, S. and P. L. Graumann
