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Communications
Biozentrum, University of
16.09.2016
Basel
Klingelbergstrasse 50/70
CH-4056 Basel / Switzerland
Email: communicationsbiozentrum-at-unibas.ch
Bakterieller Botenstoff schaltet Enzym in den
«Rückwärtsgang»
Bei der Vermehrung von Bakterien spielt das Signalmolekül c-diGMP eine entscheidende Rolle. Es schaltet ein Enzym, eine
sogenannte Kinase, vom Vorwärts- in den Rückwärtsgang und
kontrolliert so die Zellteilung. Das Team von Prof. Tilman
Schirmer am Biozentrum der Universität Basel hat sich nun die
Funktionsweise des Enzyms im Detail angeschaut. Die Ergebnisse
sind im Fachblatt «Science Advances» veröffentlicht.
Alle Zellen einschliesslich Bakterien
durchlaufen den Zellzyklus. Dabei handelt es
sich um eine streng kontrollierte Abfolge von
Wachstumsphasen und Zellteilungen. In
Bakterien wird der Zellzyklus von Enzymen,
auch Kinasen genannt, gesteuert. Erst im
vergangenen Jahr zeigten Forscher des
Der Botenstoff c-di-GMP (Mitte)
stabilisiert die offene Struktur der
Histidinkinase und erlaubt so die
Abspaltung des Phosphats eines
Zielproteins.
Biozentrums der Universität Basel im
Bakterium Caulobacter crescentus, dass der
Signalbotenstoff c-di-GMP die Aktivität einer
solchen Kinase kontrolliert. In der nun
veröffentlichten Folgestudie konnten die Teams
um Prof. Tilman Schirmer und Prof. Urs Jenal
nun aufklären, wie c-di-GMP die Enzymstruktur verändert und so zwei
entgegengesetzte Aktivitäten steuert.
Signalmolekül schaltet Enzym in «Rückwärtsgang»
Der Zellzyklus ist ein ständiger Wechsel von Perioden mit und ohne
Zellteilung. Nach einer Zellteilung gehen aus einer Mutterzelle je zwei
gleiche Tochterzellen hervor. Jede diese Tochterzellen beginnt zunächst zu
wachsen, verdoppelt dann ihre Erbinformation bevor sie sich schliesslich
teilt und zwei neue Tochterzellen entstehen. In Bakterien bestimmt c-diGMP wann die Zelle in die Phase der DNA-Verdoppelung übertritt. Dabei
schaltet das Signalmolekül eine sogenannte Histidinkinase vom Vorwärtsin den Rückwärtsgang und entscheidet damit letztlich, ob der Zellzyklus
fortgesetzt wird.
Normalerweise befindet sich die Histidinkinase im «Vorwärtsgang». In
diesem Zustand überträgt sie Phosphatgruppen auf ihr nachgeschaltete
Proteine und blockiert damit die Verdopplung des Erbguts und somit auch
die Zellteilung. «Im Grundzustand liegt das Enzym in der geschlossenen
Struktur vor. In Gegenwart von c-di-GMP wird jedoch eine offene Struktur
stabilisiert», erklärt Badri Dubey, Erstautor der Studie. «Dies geschieht
durch Verkupplung von zwei Bindungsstellen auf der Enzymoberfläche. In
dieser offenen Form arbeitet die Histidinkinase nun quasi im
‹Rückwärtsgang›, das heisst, sie entfernt die Phosphatgruppen ihrer
Zielproteine und hebt schliesslich die Blockade der Zellteilung auf. Mit
Weitere Informationen
Research group Tilman
Schirmer
Research group Urs
Jenal
unseren kristallographischen und biochemischen Analysen haben wir nun
erstmals den molekularen Mechanismus entschlüsselt, wie c-di-GMP die
beiden diametral entgegengesetzten Reaktionen eines bi-funktionalen
Enzyms steuern kann», so Schirmer.
Kontrollmechanismus etwa drei Milliarden Jahre alt
Darüber hinaus konnten die Forscher mithilfe der Bioinformatik
nachweisen, dass die c-di-GMP Bindungstaschen in einer grossen Gruppe
von bakteriellen Histidinkinasen konserviert ist. So findet man solche cdi-GMP kontrollierten Histidinkinasen in den unterschiedlichsten
Bakterienarten darunter auch urzeitliche Vertreter. Wie die Forscher
anhand von Sequenzvergleichen herausfanden, muss dieser
ausgeklügelte, feinjustierte Mechanismus bereits vor etwa drei Milliarden
Jahren entstanden sein.
Originalartikel:
Badri N. Dubey, Christian Lori, Shogo Ozaki, Geoffrey Fucile, Ivan PlazaMenacho, Urs Jenal, Tilman Schirmer. Cyclic di-GMP mediates a histidine
kinase/phosphatase switch by noncovalent domain cross-linking. Science
Advances, published online 16 September 2016.
Kontakt: Kommunikation, Katrin Bühler
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