Metal reservoirs & intracellular fluxes: characterization of three chaperone proteins contributing to zinc homeostasis in Cupriavidus metallidurans

In den letzten Jahrzehnten hat unsere Gruppe herausgefunden, wie das Metall-Transportom des Bakteriums Cupriavidus metallidurans funktioniert. Das Transportom ist die Gesamtheit der Metall-Aufnahme- und Efflux-Systeme und transformiert als emergente Eigenschaft den Metall-Gehalt und die Metall-Speciierung in der Umwelt des Bakteriums in die benötigte Metall-Quote und -Zusammensetzung im Zytoplasma. Während der detaillierten Charakterisierung des Metall-Importes konnten wir zeigen, dass bestimmte Metall-Aufnahmesysteme für eine effiziente Zustellung von Metallen zu ihren Klienten-Proteinen notwendig waren. So benötigt die effiziente Faltung der beta-Strich Untereinheit RpoC der RNA-Polymerase die Aufnahme von Zn(II) durch den Importer ZupT. Diese und andere Ergebnisse zeigten, dass es im bakteriellen Zytoplasma spezifische Metall-Pools und Zustellungs-Kanäle gibt. Wichtige Agierenden in diesem Prozess wurden identifiziert, CobW-typ GTPases und Metall-Chaperone, Glutathion und das zinc repository. CobW-ähnliche Proteine existieren auch in Pflanzen und im Menschen, so dass unsere Arbeiten die Grundlagen für ähnliche Studien in diesen Organismen legen. CobW1 wird bei Zink-Mangel benötigt, CobW2 ist ein Zink-Speicher und Teil des repositories, CobW3 keine GTPase und möglicherweise ein Regulator von Zinkaufnahme-Systemen. Im Fortsetzungsantrag wollen wir mit vielen Kooperationen in Halle, insbesondere mit Prof. Andrea Sinz, die biochemische Funktion von drei CobW-ähnlichen Proteinen in C. metallidurans und ihre Interaktion mit anderen zellulären Proteinen noch eingehender studieren und die Arbeiten an der Zink-Homöostase von C. metallidurans abschließen.  Dazu beginnen wir mit der biochemischen Charakterisierung über isotherme Kalorimetrie, cross-link-Massenspektrometrie (XL-MS) wichtiger Konformationen und Struktur-Studien über Kristallisation und NMR. Die Arbeiten sollen fortgesetzt werden mit Protein-Protein-Interaktions-Studien auch über XL-MS und enden mit XL-MS-Interactom-Studien der gesamten Zelle. Zusammen mit Fraktionierungs- und pulse-chase-Experimenten sollte sich zeigen, wie Zink in der Zelle diskriminiert, gespeichert und transferiert wird, und welche genaue Rolle die CobW-Proteine bei diesen Prozessen spielen.