GlnK-abhängige Signaltransduktion in Corynebacterium glutamicum

Strösser, Julia (2005) GlnK-abhängige Signaltransduktion in Corynebacterium glutamicum. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Das Gram-positive Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum gehört phylogenetisch zu den Mycolsäure haltigen Actinomyceten und hat seit seiner Entdeckung in den fünfziger Jahren als natürlicher Glutamatproduzent eine große biotechnologische Bedeutung erlangt. Neben L-Glutamat und L-Lysin wird C. glutamicum zunehmend für fermentative Produktionsprozesse anderer Aminosäuren sowie für die Herstellung von Nukleotiden und Vitaminen genutzt. Stickstoff ist für C. glutamicum zur Biosynthese aller Aminosäuren von essenzieller Bedeutung. Um eine unnötige Verschwendung von Energie und Nährstoffreserven zu vermeiden, besitzt dieser Organismus Regulationsmechanismen, die die Aufnahme und Assimilation von Stickstoff unter verschiedenen Bedingungen sowohl auf der Aktivitätsebene als auch auf der Genexpressionsebene kontrollieren. Diese werden mit dem Begriff �Stickstoffkontrolle� bezeichnet. Ziel dieser Arbeit war die Charakerisierung der GlnK-abhängigen Signaltransduktion in C. glutamicum. Zum Einen wurde die zentrale Stellung des PII-Signaltransduktionsproteins GlnK innerhalb der Stickstoffregulation untersucht und bestätigt. Zum Anderen konnte die GlnK-abhängige Signaltransduktion im Hinblick auf die Signalaufnahme und Signalweiterleitung charakterisiert werden. So ließ sich zeigen, dass das GlnK-Protein in C. glutamicum als Trimer aktiv ist und als Antwort auf Stickstoffmangel von GlnD an allen drei Untereinheiten adenylyliert wird. In der modifzierten Form interagiert GlnK mit dem globalen Repressor der Stickstoffkontrolle AmtR. Infolgedessen wird die Expression stickstoffregulierter Gene induziert. Verbessert sich die Stickstoffversorgung der Zelle, wird GlnK von GlnD demodifiziert und interagiert mit dem Ammoniumtransporter AmtB. Eine Verschiebung der Lokalisation von GlnK - vom Cytoplasma zur Membran - hat außerdem den Abbau des Proteins zur Folge, der von den Clp-Protease-Komplexen ClpCP und ClpXP sowie von der membranständigen Protease FtsH beeinflusst wird. Die Ergebnisse aus Experimenten zur Signalaufnahme und -weiterleitung lassen vermuten, dass der Marker des Stickstoffstatus nicht Glutamin sondern Ammonium ist. Die Frage, wie C. glutamicum den Stickstoffgehalt des Mediums wahrnimmt, konnte nicht abschließend geklärt werden. Neben einer GlnK-abhängigen Signaltransduktion scheint es in C. glutamicum zusätzlich einen von GlnK unabhängigen Signalweg zu geben, in dem die ATase den Stickstoffstatus der Zelle wahrnimmt und die Glutaminsynthetase dementsprechend aktiviert bzw. deaktiviert.

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