Sensing in c-di-GMP signaling

Signaltransduktion über sekundäre Botenstoffe beinhaltet primäre und sekundäre Signalwahrnehmung, da sowohl primäre Bedingungen – z.B. bestimmte Moleküle, Sauerstoff, Redoxsignale, Licht oder der Zustand eines Partnerproteins – die Synthese oder den Abbau des sekundären Botenstoffs auslösen, sowie auch der sekundäre Botenstoff selbst wahrgenommen werden muss, um den 'Output' eines Signalweges zu kontrollieren. Ziel des Projekts ist es, die molekularen Mechanismen sowohl der primären wie der sekundären Signalwahrnehmung in den c-di-GMP-vermittelten Schlüsselsignalwegen in E. coli zu charakterisieren. Dieses Bakterium besitzt 12 Diguanylatcyclasen (DGCs) und 13 c-di-GMP-spezifische Phosphodiesterases (PDEs), von denen viele an einem grundlegenden c-di-GMP-Signalweg beteiligt sind: der Produktion von amyloiden Curli-Fasern und Phosphoethanolamin-modifizierter (pEtN) Cellulose als polymere Komponenten der extrazellulären Biofilmmatrix. Auch lokale c-di-GMP-vermittelte Signaltransduktion kommt in E. coli prominent vor, die auf einer Komplexbildung von DGCs, PDEs und Effektor/Targetsystemen beruht, durch die c-di-GMP-Signalwege parallel operieren können, ohne die zelluläre c-di-GMP-Konzentration zu verändern, die von einer stark exprimierten Master-PDE sehr niedrig gehalten wird. Das Projekt besteht aus drei Teilen:

- Periplasmische Redoxsignalverarbeitung in CSS-Domänen-PDEs: Hier sollen vergleichende strukturelle und funktionelle Analysen klären, wie ein konservierter Disulfid/Thiol-Schalter in den periplasmatischen CSS-Domänen der fünf PDEs dieses Typs in E. coli die PDE-Aktivität der cytoplasmatischen EAL-Domänen steuert.
- Der DgcE-CsgD-Signaltransduktionsweg in der Kontrolle von Matrixkomponenten: Das Ziel hier ist es, alle wesentlichen Schritte vom primären Signaleingang (über eine mit DgcE interagierende GTPase) über lokale c-di-GMP-Signaltransduktion (über den DgcE/PdeR/DgcM/MlrA-Signalweg) bis zu einem neuen c-di-GMP-abhängigen Transkriptionsinitiationsmechanismus (am Promoter von csgD, das für den zentralen Aktivator der Curli- und pEtN-Cellulose-Synthese kodiert) zu verstehen.
- Systemweite molekulare Analyse der lokalen c-di-GMP-Wahrnehmung und Signalweiterleitung in E. coli: Hier sollen bekannte und neue c-di-GMP-Effektorproteine systematisch auf ihre potentiellen direkten Interaktionen mit allen 12 DGCs untersucht werden. Mit Hilfe einer neuen Riboswitch-basierten fluoreszenten Sonde sollen c-di-GMP-Konzentrationen in situ in verschiedenen Biofilmzonen bestimmt werden. Schließlich soll eine mathematische Modellierung der lokalen c-di-GMP-Signaltransduktion in nicht-kompartimentalisierten Systemen erfolgen.

Durch die Fokussierung auf den sensorischen 'Input' bei der Kontrolle von DGCs und PDEs, c-di-GMP-bindende Effektorkomponenten und Mechanismen der lokalen c-di-GMP-Signaltransduktion wird dieses Projekt substanziell zur Erreichung der Ziele des SPP 1879 beitragen.

Principal Investigators
Hengge, Regine Prof. Dr. (Details) (Microbiology)

Financer
DFG - Schwerpunktprogramme

Duration of Project
Start date: 09/2019
End date: 08/2022

Research Areas
Microbiology, Virology and Immunology

Research Areas
Molekularbiologie

Publications
Original Research Publication

Rodríguez-Rojas, A., J.J. Kim, P. Johnston, O. Makarova, M. Evavci, C. Weise, R. Hengge, and J. Rolff (2020) Non-lethal oxidative stress boosts bacterial survival and evolvability under lethal exposure. PLoS Genetics (in press).

Review

Hengge, R. (2020) Linking bacterial growth, survival and multicellularity - small signaling molecules as triggers and drivers. Curr. Opin. Microbiol. (in press).

Last updated on 2020-12-11 at 12:32