Interaktionen von PII-Signaltransduktionsproteinen im Stickstoffmetabolismus der Organismen Bacillus subtilis und Synechococcus elongatus

Abstract

Bacillus subtilisDie vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, das GlnK-Homolog aus B. subtilis zu charakterisieren und potentielle regulatorische Systeme aufzudecken. Das PII-Homolog besitzt eine trimere Form und bindet ATP. Die Gegenwart von Mg2+ und alpha-Ketoglutarat wirkt sich auf die ATP-Bindung aus. Immunoblot-Analysen zeigen, dass GlnK partiell an die Membran gebunden ist. ATP führt zu einem Ablösen des GlnK von der Membran. GlnK interagiert mit dem eigenen Transkriptionsaktivator TnrA. MALDI-TOF Analysen und Co-Immunopräzipitationen bestätigen diese Interaktion. TnrA ist vollständig mit dem Membran-gebundenem GlnK assoziiert. Fehlt GlnK in der Membranfraktion, liegt TnrA löslich vor. Der ATP- und alpha-Ketoglutarat-Spiegel regulieren die Membranassoziation und die Bindung von TnrA durch das B. subtilis GlnK. TnrA interagiert mit der Glutamin-Synthetase in Gegenwart und Abwesenheit von GS-Feedback-Inhibitoren. Die Glutamin-Synthetase wird durch die Interaktion mit TnrA in ihrer Aktivität gehemmt. Synechococcus elongatusIn dieser Arbeit konnte ein weiterer neuer Rezeptor für die PII-Signaltransduktionsproteine beschrieben werden. Dieser Rezeptor des PII-Proteins GlnB aus S. elongatus ist das Enzym N-Acetylglutamat-Kinase, das Schlüsselenzym der zyklischen Argininsynthese. ArgB wurde aufgereinigt und zur Produktion von Antikörpern verwendet. Durch Gelfiltrationsexperimente konnte eine multimere Struktur (Tetramer bzw. Hexamer) der NAG-Kinase bestimmt werden. Der NAG-Kinase-PII-Komplex wird aus einem NAG-Kinase Multimer und einem PII-Protein gebildet. PII steigert die NAG-Kinase-Aktivität um ein Zehnfaches. Die Interaktion basiert auf dem T-loop des PII-Proteins und kommt nur zustande, wenn PII unphosphoryliert vorliegt. Die NAG-Kinase unterliegt der Feedback-Hemmung durch Arginin, wobei diese Hemmung durch die Komplexbildung stark gesenkt wird.