Sensorische Mechanismen und lokale Wirkungen der c-di-GMP-vermittelten Signaltransduktion in Escherichia coli

Signaltransduktion über sekund?re Botenstoffe beinhaltet prim?re und sekund?re Signalwahrnehmung, da sowohl prim?re Bedingungen – z.B. bestimmte Moleküle, Sauerstoff, Redoxsignale, Licht oder der Zustand eines Partnerproteins – die Synthese oder den Abbau des sekund?ren Botenstoffs ausl?sen, sowie auch der sekund?re Botenstoff selbst wahrgenommen werden muss, um den ?Output‘ eines Signalweges zu kontrollieren. Ziel des Projekts ist es, die molekularen Mechanismen sowohl der prim?ren wie der sekund?ren 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 extrazellul?ren 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 k?nnen, ohne die zellul?re c-di-GMP-Konzentration zu ver?ndern, die von einer stark exprimierten Master-PDE sehr niedrig gehalten wird. Das Projekt besteht aus drei Teilen:

- Periplasmische Redoxsignalverarbeitung in CSS-Dom?nen-PDEs: Hier sollen vergleichende strukturelle und funktionelle Analysen kl?ren, wie ein konservierter Disulfid/Thiol-Schalter in den periplasmatischen CSS-Dom?nen der fünf PDEs dieses Typs in E. coli die PDE-Aktivit?t der cytoplasmatischen EAL-Dom?nen steuert.
- Der DgcE-CsgD-Signaltransduktionsweg in der Kontrolle von Matrixkomponenten: Das Ziel hier ist es, alle wesentlichen Schritte vom prim?ren 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-abh?ngigen 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 potenziellen 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. Schlie?lich 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.