SPP 1879: Sensorische Mechanismen der c-di-GMP-Signaltransduktion bei der Biofilmbildung von E. coli

Bakterielle Biofilme besiedeln verschiedenste Oberfl?chen und sind hoch-resistent gegen Antibiotika und Wirtsimmunsysteme. Im Biofilm sind die Zellen in eine selbstproduzierte, schützende Matrix aus extrazellul?ren Biopolymeren eingebettet. In E. coli sind dies amyloide Curli-Fasern und das Exopolysaccharid Cellulose, deren Synthese vom Station?rphasen-Sigmafaktor RpoS (σS) und von c-di-GMP reguliert wird. Letzteres wird von Diguanylatcyclasen (DGC, mit GGDEF-Dom?nen) produziert und von spezifischen Phosphodiesterasen (PDE, mt EAL-Dom?nen) abgebaut. Unter den 29 GGDEF/EAL-Dom?nen-Proteinen von E. coli sind 25 enzymatisch aktiv, darunter 12 DGCs und 13 PDEs. Viele dieser sehr unterschiedlich exprimierten DGCs und PDEs sind membranassoziiert und ihre Aktivit?t wird durch N-terminale Sensordom?nen gesteuert. Die Matrix-Produktion als c-di-GMP-regulierter Prozess liefert eine Reihe von klaren Ph?notypen und gut messbaren Testparametern für die geplanten genetischen, molekularbiologischen und biochemischen Analysen, die darauf abzielen, die molekularen Mechanismen der Signalwahrnehmung und -verarbeitung auf prim?rer und sekund?rer Ebene der c-di-GMP-vermittelten Signaltransduktion in E. coli zu verstehen. Dies betrifft (i) die Wahrnehmung von Umwelt- und zellul?ren Signalen durch N-terminale Sensordom?nen einer neuen Klasse von PDEs, sowie (ii) die Wahrnehmung von c-di-GMP durch neue und unorthodoxe Effektormechanismen. Folgende Systeme sollen im Einzelnen untersucht werden:
? Redox-Kontrolle der cytoplasmatischen Enzymaktivit?t über Disulfidbrückenbildung und proteolytischer Prozessierung in der periplasmatischen Dom?ne der sechs E. coli-PDEs mit CSS-EAL-Dom?nenarchitektur
? Molekulare Struktur, Funktion und Zielorte von YbjK, einem DeoR-?hnlichen Transkriptionsfaktor, der c-di-GMP in Form eines G-Quadruplexes zu binden scheint
? Transkriptionsregulation durch PdeL, einem LuxR-EAL-Dom?nenprotein, das als lokal wirkende, c-di-GMP-bindende und –abbauende ?Trigger-PDE‘ und Transkriptionsfaktor fungiert
? Struktur und Funktion eines potenziellen c-di-GMP-Riboswitches in der intergenen Region der mRNA des orf0317-pdeL Operons, der die Expression von PdeL inhibitiert.
Zudem soll die Integration all dieser molekularen Prozesse in das gro?e regulatorische Netzwerk, das die Matrixproduktion kontrolliert und damit Funktionalit?t und Architektur des Biofilms generiert, untersucht werden. 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-vermittelten Signaltransduktion sollte dieses Projekt signifikant zur Erreichung der Ziele des SPP 1879 beitragen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse praktische Anwendung finden, z.B. bei der Entwicklung neuer Anti-Biofilmstrategien oder in der Synthetischen Biologie.