Das essentielle YycFGHI-Regulationssystem von <i>Staphylococcus aureus</i>

Abstract

Bei dem essentiellen Zwei-Komponenten-Regulationssystem (TCS, two-component regulatory system) YycFG handelt es sich um ein hochkonserviertes System, das aus der Sensor-Histidin-Kinase YycG und ihrem zugehörigen Responseregulator YycF besteht. Da die YycFG-Proteine innerhalb des Phylums der Firmicutes, in der Gruppe der Gram-positiven Bakterien mit niedrigem G+C-Gehalt, nahezu ubiquitär verbreitet sind und in vielen Gattungen in der Folgezeit ebenfalls als essentiell nachgewiesen werden konnten, hat dieses TCS seit seiner Entdeckung durch FABRET und HOCH im Jahre 1998, große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Innerhalb der Gruppe der Gram-positiven Bakterien mit niedrigem G+C-Gehalt finden sich einige bedeutende humanpathogene Krankheitserreger wie z.B. <i>Staphylococcus aureus</i>, <i>S. epidermidis</i>, <i>Streptococcus pyogenes</i>, <i>S. pneumoniae</i>, <i>S. mutans</i> und <i>Listeria monocytogenes</i>, weshalb dieses TCS bereits seit seiner Entdeckung als bedeutendes Ziel für neue oder modifizierte Antibiotika angesehen wird und deshalb auch stark in den Fokus der Forschung bei diesen Bakterien rückte. Trotz der intensiven Erforschung der zu YycFG orthologen Proteine in den diversen Organismen verbleibt die exakte Funktion dieses TCS noch unklar. In den letzten Jahren wird dieses TCS aber zunehmend im direkten Zusammenhang mit der Regulation der Biosynthese der bakteriellen Zellwand gesehen. Vollkommen unbekannt ist hingegen das Signal, auf das die YycG-Sensor-Histidin-Kinase reagiert. Möglicherweise handelt es sich dabei tatsächlich um ein oder sogar mehrere Signale, die mit der Zellwandbiosynthese assoziiert sind. Inwieweit bei der Verarbeitung von Signalen auch die beiden auxiliären Proteine YycH und YycI eine Rolle spielen, z.B. in der Erkennung und Prozessierung, ist noch ungeklärt. Bekannt ist lediglich, dass es in Abwesenheit dieser Proteine zu Schäden in der Zellwand kommt, was darauf hinzudeuten scheint, dass diese "Hilfsproteine" negativ auf die Aktivität der YycG-Kinase einwirken können (Szurmant et al., 2005; Szurmant et al. 2007). <br />Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte bei <i>S. aureus</i> zunächst die phänotypische Charakterisierung von <i>yycFG</i>-Überexpressionsmutanten unter Stressbedingungen und unter dem Aspekt möglicher Signale der YycG-Kinase. Des Weiteren erfolgte die rekombinante Expression der <i>S. aureus</i>-Proteine YycF, YycG, YycH und YycI in <i>E. coli</i>, so dass in einem weiteren Schritt deren oligomere Organisation mittels BN-PAGE untersucht werden konnte. Zur Studie der möglichen Protein-Protein-Interaktionen auf Basis der Phosphorylierungsaktivitäten der YycG-Kinase erfolgte ferner die Etablierung eines Detergenz-Mizellen-Modells und eines Phospholipid-Liposomen-Modells. Das letztgenannte Modellsystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es eine artifizielle Membran bereitstellt, die den Eigenschaften des Transmembranproteins YycG bzw. den membranständigen Proteinen YycH und YycI gerecht wird und deshalb eine exzellente experimentelle Ausgangsbasis für Untersuchungen zum regulatorischen YycFGHI-System anbietet.