Kupfer- und Tellurit-Toleranz in Rhodobacter capsulatus = Copper

Zusammenfassung
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Zusammenfassung
Kupfer ist essentieller Kofaktor zahlreicher pro- und eukaryotischer Enzyme, gleichzeitig aber
auch ein potentes Cytotoxin. Um die adäquate Versorgung mit Kupfer zu gewährleisten und
dabei zellschädigende Wirkungen zu minimieren, ist eine präzise Regulation der KupferHomöostase erforderlich. Bislang gibt es nur wenige Arbeiten zum Kupfer-Metabolismus in
α-Proteobakterien. In dieser Arbeit wurden daher Kupfer-Toleranz und Kupfer-abhängige
Genregulation in dem phototrophen Purpurbakterium Rhodobacter capsulatus untersucht.
Zu Beginn dieser Arbeit war lediglich ein Kupfer-Toleranzgen, cutO, in R. capsulatus
bekannt. Das cutO-Gen ist Bestandteil des tricistronischen orf635-cutO-cutR-Operons und
kodiert für eine Multikupfer-Oxidase. Orf635 ist ein R. capsulatus-spezifisches Protein,
während CutR-Homologe in Proteobakterien weit verbreitet sind. In dieser Arbeit wurde
gezeigt, dass neben CutO auch Orf635 und CutR wesentliche Determinanten der KupferToleranz sind. Der konstitutive (Kupfer-unabhängige) Promotor stromaufwärts von orf635 ist
essentiell für die Transkription des gesamten orf635-cutO-cutR-Operons, wie durch
Deletionsanalysen und lacZ-Reportergenfusionen gezeigt wurde. Während die orf635Expression keiner Kupfer-Regulation unterlag, wurde die Expression von cutO und cutR
durch Kupfer induziert. Bioinformatische Analysen und RNA-Strukturkartierungen legen die
Ausbildung einer mRNA-Haarnadel-Struktur in der orf635-cutO-intergenischen Region nahe.
Ortspezifische Mutationen, die diese vorhergesagte Struktur destabilisieren, führten zur
Aufhebung der Kupfer-Regulation. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die
intergenische mRNA-Struktur das wesentliche Element der post-transkriptionalen KupferRegulation darstellt. Ein vergleichbarer Kupfer-Regulationsmechanismus wurde bislang für
kein anderes Bakterium beschrieben.
Um neue Kupfer-Toleranzgene zu identifizieren, wurde eine Transposon Tn5-Mutagenese
durchgeführt. Die Untersuchung von über 10.000 Tn5-Mutanten führte zur Identifizierung des
Tellurit-Resistenzgens trgB als bedeutende, bislang jedoch unerkannte Kupfer-Toleranzdeterminante. Das trgB-Gen wird von dem Tellurit-Resistenzgen trgA und dem CysteinSynthasegen cysK flankiert. Während trgA-Mutanten kaum durch Tellurit beeinflusst wurden,
waren trgB- und cysK-Mutanten sensitiv gegenüber Tellurit. Dies deutet darauf hin, dass die
Bewältigung von Tellurit-Stress erhöhte Mengen an Cystein erfordert. Das monocistronische
trgB-Gen vermittelte als einziges Gen dieser Region Kupfer-Toleranz. Diese Beobachtungen
zeigen erstmals einen Zusammenhang zwischen Kupfer- und Tellurit-Stress in Bakterien.
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