Abstract
Das Gram-negative Bodenbakterium Myxococcus xanthus zeichnet sich durch ein hoch entwickeltes Sozialverhalten aus. Dies wird besonders in der kooperativen Jagd auf Beute-Organismen, sowie der Bildung vielzelliger Fruchtkörper bei Nährstoffmangel deutlich. Eine essentielle Grundlage dieser komplexen Lebensweise stellt das Gleiten der Zellen über feste Oberflächen dar. Diese Bewegung basiert auf den genetisch unterschiedlichen Systemen der A (adventurous) und S (social) Motilität, wobei eine gerichtete Bewegung durch die regulatorische Funktion des frz-Signaltransduktionssystems vermittelt wird. Die Komponenten dieses Systems weisen Ähnlichkeit zu den Proteinen enterobakterieller Chemotaxissysteme auf, zeigen aber auch einige auffällige Unterschiede. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, spezifische Aspekte der Signalweitergabe durch das frz-System zu klären.
Im Mittelpunkt stand der response Regulator FrzZ, welcher zwei CheY-ähnliche Domänen vereint und als ausführende Komponente des Systems dient. Die durchgeführten Analysen ermöglichten ein detailierteres Bild der Funktionsweise des ungewöhnlichen Proteins. So konnte zunächst die Hypothese einer phosphorylierungsabhängigen Aktivierung von FrzZ untermauert werden. Das Vorhandensein einer funktionellen Domäne erwies sich dabei als essentiell für die Aktivität des response Regulators, während die volle Funktionsfähigkeit nur durch die Präsenz beider Domänen erreicht wurde. In diesem Zusammenhang konnte ebenfalls gezeigt werden, dass sich die Funktion der beiden Domänen von FrzZ in der Regulation der Zellbewegung voneinander unterscheidet.
Weiterhin implizierte die immunologische Analyse fraktionierten Zellextraktes auch in M. xanthus die Bildung von Rezeptor-Signal-Komplexen, wie man sie aus chemotaktischen Organismen kennt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Kolokalisierung von FrzZ mit diesen Komplexen vom Vorhandensein der Kinase des frz-Systems FrzE abhängig ist, aber auch durch die Ser/Thr-Phosphatase Pph1 beeinflusst wird.
Die Analyse einer möglichen Wechselwirkung von FrzZ mit der Phosphatase stellte einen weiteren Punkt der vorliegenden Arbeit dar. Die durchgeführten in vitro Interaktionsanalysen konnten keine direkte Wechselwirkung der beiden Proteine bestätigen. Dennoch deutet die Komplementation der Defekte pph1-defizienter Zellen durch die Expression verschiedener, durch Mutagenese veränderter Formen des FrzZ-Proteins, sowie der Phänotyp der konstruierten Doppelmutante auf eine Positionierung beider Proteine in einem Signalweg hin.
Als weiterer möglicher Interaktionspartner des response Regulators konnte ein Protein identifiziert werden, das sich durch den Besitz von sechs TPR-Motiven (tetratricopeptide repeats) auszeichnet. Diese kennt man sowohl aus prokaryontischen als auch aus eukaryontischen Proteinen, wo sie an der Organisation von Multiproteinkomplexen beteiligt sind und Protein-Protein-Interaktionen vermitteln. Die Inaktivierung des korrespondierenden Gens führte zu einem charakteristischen Phänotyp, dessen Analyse eine verstärkte Bildung von Typ IV Pili (TFP) auf den Zelloberflächen bestätigte. Dieser Effekt konnte auch in einer pilC-Punktmutante, nicht aber in einer pilC-Deletionsmutante beobachtet werden, was auf eine Wechselwirkung dieser beiden Proteine, in Form einer Inhibition von PilC durch TPR, hindeutet. Da das PilC-Protein an der TFP-Assemblierung beteiligt ist, wurde daraufhin ein Modell postuliert, das eine Möglichkeit der Regulation des sozialen Gleitens durch FrzZ vorschlägt, in welchem TPR die Interaktionsbasis einer Wechselwirkung des response Regulators mit PilC bietet.
