Hydrolyse und Funktionen von zyklischem di-AMP in Streptomyces


Der sekundäre bakterielle Botenstoff c-di-AMP wird von Diadenylatzyklasen, die eine konservierte DAC-Domäne aufweisen, synthetisiert und von Phosphodiesterasen (PDEs), die durch DHH-DHHA1- oder HD-Domänen gekennzeichnet sind, hydrolysiert. Dieses Molekül bindet an diverse Effektorproteine oder an den „ydaO-riboswitch“ und kontrolliert auf diese Weise hauptsächlich Ionentransport und Homöostase von Osmolyten in Bakterien. Die intrazellulären Mengen von c-di-AMP müssen präzise justiert werden, da es sowohl essentiell als auch toxisch sein kann.
Unsere Modellorganismen, Streptomyceten, sind filamentös-wachsende, multizelluläre, sporulierende Bakterien, die als Naturstoffproduzenten hoch berühmt sind. Sie besitzen ein DAC-Domänen Protein, DisA, welches c-di-AMP produziert. Allerdings war lange unklar, wie diese Bakterien die Mengen des intrazellulären c-di-AMPs kontrollieren, da sie keine der bekannten PDEs vom Typ DHH-DHHA1 bzw. HD besitzen. In der ersten Förderphase des SPP 1879 ist es uns gelungen, das ApdA Protein als eine neuartige c-di-AMP-spezifische PDE in Streptomyceten zu identifizieren. Wir konnten auch aufklären, dass ApdA einen wichtigen Beitrag zum normalen Streptomyces Wachstum leistet und für die Reifung und Pigmentation von Sporen wichtig ist. Zusätzlich gelang uns die Erkenntnis, dass c-di-AMP für Streptomyceten essenziell ist, um Salzstress zu bewältigen. Allerdings bleibt es unklar, welche molekularen Mechanismen in diese c-di-AMP-abhängigen Prozesse involviert sind. Diese werden in den hier beantragten Studien näher untersucht.
Im Rahmen dieses Antrages möchten wir zwischen c-di-AMP und ApdA-spezifischen Effekten auf Streptomyces Wachstum und Pigmentation differenzieren und werden dazu einen Stamm generieren und untersuchen, welcher eine inaktive ApdA-Variante exprimiert. Weiterhin werden wir globale RNA-seq Analysen durchführen, um aufzuklären, welche Gene in den c-di-AMP-Synthese bzw. -Hydrolyse Mutanten differenziell exprimiert sind. Um zu verstehen, welche zellulären Signalwege in Streptomyceten durch c-di-AMP kontrolliert sind, werden wir chromosomale DNA von ∆disA Suppressormutanten sequenzieren, welche sekundäre Mutationen zu akkumulieren scheinen, die normales Wachstum der disA Mutante unter Salzstress ermöglichen. Zusätzlich werden wir die globale „Thermal Proteome Profiling“ Methode anwenden, um c-di-AMP-bindende Proteine in Streptomyces zu identifizieren. Schließlich planen wir die Rolle von den osmoprotektorischen Ektoinen in der c-di-AMP-kontrollierten Osmostressresistenz zu untersuchen und zu testen, ob das ApdA-ähnliche Protein VNZ_31290 eine zweite c-di-AMP PDE in Streptomyces darstellt.
Insgesamt werden die innerhalb der hier beantragten Studie erzielten Ergebnisse unser Verständnis über die Physiologie und c-di-AMP-abhängigen Signalprozesse in diesen wichtigen Naturstoffproduzenten maßgeblich verbessern und womöglich zur besseren industriellen Nutzung dieser Bakterien beitragen.

Projektleitung
Tschowri, Natalia Dr. rer. nat. (Details) (Nachwuchsgruppen)

Laufzeit
Projektstart: 03/2020
Projektende: 03/2023

Forschungsbereiche
Lebenswissenschaften, Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen

Zuletzt aktualisiert 2021-07-07 um 16:03