Globale Katabolit-Kontrolle eines Sigma 54-abhängigen Hydrogenase-Regulons

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Im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens steht die Regulation eines prokaryotischenmetalloenzym-Systems, das die Verwertung von molekularem Wasserstoff als alternative biologische Energiequelle erschließt. Der Modellorganismus Ralstonia eutropha (ehemals Alcaligenes eutrophus) besitzt hierfür zwei [NiFe] Hydrogenasen, deren Synthese eine Vielzahl postranslationaler Schritte umfaßt. Die dafür erforderlichen Gene sind Teil eines komplexen Regulons, dessen Expression von zwei essentiellen Transkriptionsfaktoren gesteuert wird, dem alternativen Sigmafaktor 54 der RNA-Poylmerase und dem zur NtrC-Familie gehörenden Response-Regulator HoxA. Die Aktivität von HoxA wird durch einen von Standardsystemen abweichenden dualen Mechanismus reguliert. Eine spezifische Signaltransduktionskette, bestehend aus dem H2-Rezeptor HoxBC und der Histidin-Protein-Kinase HoxJ, moduliert die Aktivität von HoxA in Abhängigkeit von Wasserstoff über Phosphorylierung/Dephosphorylierung. Anders als in konventionellen Zweikomponenten-System aktiviert offensichtlich die nicht-phosphorylierte Form von HoxA die Transkription. Darüber hinaus wird die Aktivität des Regulators in Abhängigkeit vom allgemeinen Energiestatus der Zellen (Katabolit-Kontrolle) dominant kontrolliert. Das Arbeitsprogramm zielt darauf ab, den molekularen Mechanismus dieser globalen Regulation aufzuklären. Anknüpfend an die bereits vorliegenden HoxA-Funktionsanalysen sollen weitere Mutationen in den drei konservierten Domänen von HoxA Aufschluß über alternative Phosphorylierungsstellen und/oder andersartige Modifikationsmechanismen geben. Von Untersuchungen der zentralen und C-terminalen Domäne erwarten wir Erkenntnisse über die ATPase-Aktivität sowie die Dimerisierung und die Oligomerisierung von HoxA. bezüglich der Katabolit-gesteuerten Modulation von HoxA werden drei Möglichkeiten diskutiert: (i) Die direkte Interaktion mit intrazellulären niedermolekularen Substanzen, die den Energiestatus signalisieren, z.B. NAD(P)H oder phosphorylierte Verbindungen; (ii) die Beteiligung eines weiteren regulatorischen Proteins, das die Aktivität von HoxA und/oder die des Sigmafaktors moduliert; (iii) die Mitwirkung eines zweiten DNA-Bindeproteins, da in konzentrierter Aktion mit HoxA die Transkription positiv oder negativ beeinflußt.