Sensing, signal transduction, and conformational coupling of the transporter BetP and the two component system MtrAB from Corynebacterium glutamicum

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Prokaryoten sind regelmäßig wechselnden Umweltbedingungen ausgesetzt. Um sich diesen Änderungen anzupassen, besitzen Bakterien ein große Anzahl sensorischer Proteine, die sowohl für die Reizwahrnehmung als auch die Signalweiterleitung in die Zelle verantwortlich sind. Diese Proteine ermöglichen es Bakterien, ihren Metabolismus und ihre Zellzusammensetzung den vorherrschenden Umweltbedingungen anzupassen. Das Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum wird häufig mit wechselnden externen Osmolaritäten und Temperaturen konfrontiert. Als Stressantwort akkumuliert C. glutamicum sogenannte kompatible Solute entweder durch de novo-Synthese oder durch Aufnahme aus der Umgebung. Wir haben in C. glutamicum verschiedene Systeme charakterisiert, die an der Anpassung an diese zwei Stressarten beteiligt sind. Zwei von ihnen, BetP und MtrAB, sind dabei von besonderem Interesse, weil sie in der Lage sind, unterschiedliche Umweltbedingungen wahrzunehmen. BetP ist (i) ein Betainaufnahmesystem und darüber hinaus auch in der Lage (ii) Osmo- und Kältestress zu detektieren und dabei (iii) seine Aktivität in Abhängigkeit von der Stressintensität zu regulieren. Das Zwei-Komponenten System MtrAB ist essentiell für die Expression des betP Gens als Antwort auf hyperosmotische Bedingungen oder eine Temperaturerniedrigung. Daher muss die membrangebundene Histidinkinase MtrB ebenfalls in der Lage sein, diese Umweltänderungen zu detektieren. Die Hauptfragestellungen in diesem Projekt sind (i) welcher physikalische Reiz von diesen beiden Systemen als Signal für osmotischen und Kältestress wahrgenommen wird, (ii) welche Teile der Proteine an dem Wahrnehmungsprozess beteiligt sind, und (iii) wie dieses Signal innerhalb von BetP weitergeleitet wird. Diese Fragen konnten ansatzweise für den Fall der osmotischen Stimulierung von BetP geklärt werden. Hier zeigte sich, dass der Auslöser für die Osmostress-abhängige BetP Aktivierung (aber nicht die für die Kälteaktivierung) eine Änderung der internen K+-Konzentration ist. Es konnte gezeigt werden, dass dabei die Cterminale Domain von BetP entscheidend für den sensorischen Prozess ist.