Posttranslationale Regulation des Autotrophie-Heterotrophie-Wechsels in Synechocystis

01.12.2021 bis 30.11.2024

Posttranslationale Regulation des Autotrophie-Heterotrophie-Wechsels in Synechocystis
Das regulatorische Potential von Protein O-Phosphorylierungen ist in Eukaryoten allgemein bekannt, jedoch in Bakterien noch wenig erforscht. Die erste positionsspezifische Protein O-Phosphorylierung in Bakterien wurde in Cyanobakterien beschrieben und erwies sich als essentiell für die Aktivität des Stickstoff-Schlüsselregulators PII. Neuere Phosphoproteomestudien in Synechocystis identifizierten die O-Phosphorylierung als eine häufige Modifikation von Enzymen des Kohlenstoffmetabolismus und der Photosynthese. Zudem enthüllten unsere quantitativen Studien starke Veränderungen im Proteinphosphorylierungsgrad während bestimmter Stressbedingungen die einen Wechsel im Metabolismus auslösen (z.B. Stickstoff- und Kohlenstoffmangel), im Vergleich zu Zellen bei vegetativen Bedingungen. Mehrere Arbeitsgruppen im SCyCode Konsortium haben kürzlich regulatorische Funktionen spezifischer Phosphorylierungs-ereignisse in der Anpassung von Schlüsselenzymen demonstrieren können, wie beispielsweise in der Phosphoglucomutase. Wir vermuten, dass die Adaption zu autotrophen und heterotrophen Bedingungen, zum Beispiel während des Tageszyklus oder durch Veränderungen in der Stickstoff- und Kohlenstoffverfügbarkeit einen großen Einfluss auf deren Proteinphosphorylierungsdynamik hat, speziell bei metabolischen Enzymen und Photosynthese-assoziierten Proteinen, die zuvor als phosphoryliert identifiziert wurden. Deswegen beabsichtigen wir uns mit anderen Arbeitsgruppen im SCyCode Konsortium zusammenzuschließen, um a) tiefgreifende, zeitlich aufgelöste Proteome- und Phosphoproteomestudien während des Tageszyklus von Synechocystis durchzuführen und den Einfluss der Komponenten der zirkadianen Uhr (KaiABC) auf die gesamten Phosphorylierungsdynamik zu erforschen (zusammen mit AG Wilde); b) Substrate spezifischer Proteinkinasen und Phosphatasen unter Stressbedingungen wie Kohlenstoff- und Stickstoffmangel zu identifizieren (zusammen mit AG Hagemann und AG Forchhammer); und c) das Genom von Synechocystis mittels Proteogemomics zu reannotieren und versuchen neue Gene und Proteine des Kohlenstoff- und Stickstoffmetabolismus zu identifizieren (zusammen mit AG Hess). Unsere Ergebnisse werden einer breiten wissenschaftlichen Gemeinschaft zugänglich gemacht und eine wertvolle Ressource für weitere Studien der metabolischen Regulation in Bakterien generell und spezifisch in Cyanobakterien sein.