Der Transporter DcuB als funktioneller Schalter zwischen freiem DcuS und dem sensorisch aktiven DcuS/DcuB-Sensorkomplex
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Der C4-Dicarboxylatstoffwechsel von Escherichia coli wird durch das Zweikomponentensystem DcuSR reguliert. Zu den Zielgenen von DcuSR gehören auch dctA und dcuB, die für den aeroben Transporter DctA bzw. den anaeroben Transporter DcuB kodieren. Die Transporter bilden mit der Sensorkinase DcuS DctA/DcuS- bzw. DcuB/DcuS-Sensorkomplexe.
In dieser Arbeit wurde die Rolle des anaeroben Transporters DcuB bei der Signalerkennung in dem DcuB/DcuS-Sensorkomplex untersucht. Substrate wie Fumarat, L-Malat, L-Aspartat wurden von DcuS und von DcuB erkannt. Die C4-Dicarboxylate und Strukturanaloga Maleinat, meso-Tartrat, Citrat und 3-Nitropropionat sind Induktoren von dcuB-lacZ, haben jedoch keinen Einfluss auf die Transportaktivität von DcuB. Die Signalerkennung erfolgt im DcuB/DcuS-Komplex demnach allein durch DcuS; DcuB dient nicht als zweiter Signaleingang. DcuB ist jedoch als strukturelle Komponente erforderlich, um DcuS im DcuB/DcuS-Komplex in die sensorisch kompetente Form zu überführen. In der Gegenwart von Fumarat wird dann der DcuS/DcuB-Komplex aktiviert.
Die zellulären Gehalte von DcuS, DctA und DcuB wurden unter verschiedenen Bedingungen massenspektrometrisch aus Membranpräparationen quantifiziert. Im Wildtyp W3110 waren nach aerober Zucht etwa 10 Moleküle DcuS und 198 Moleküle DctA pro Zelle zu finden. Der DctA-Gehalt stieg nach Zugabe von Fumarat auf 583 Moleküle pro Zelle. Nach anaerober Zucht waren etwa 23 Moleküle DcuS und 273 Moleküle DcuB pro Zelle zu finden. Durch Fumarat stieg der DcuB-Gehalt 3396 Moleküle pro Zelle an. Die Gehalte an freiem DcuS wurden anhand der unterschiedlichen sensorischen Eigenschaften von DcuSF und DcuS im DcuB/DcuS-Komplex abgeschätzt. Danach liegt DcuS immer nahezu vollständig als DcuS/DcuB- oder DcuS/DctA-Komplex vor.
Die Bildung des DcuS/DcuB-Komplexes stellt einen Schalter dar, durch den zwischen den beiden grundlegenden Funktionsmodi von DcuS gewechselt wird. Im Modus I liegt DcuS als DcuS/DcuB-Sensorkomplex vor, der durch Bindung eines Effektors wie Fumarat reguliert wird. In Modus II liegt DcuS als freies DcuSF vor, das bereits ohne Effektor aktiv ist. Die Gehalte an DcuSF sind stets sehr niedrig. C4-Dicarboxylate stellen im Säugetierdarm gut verfügbare Metabolite dar, die aber meist nur in niedrigen Konzentrationen vorkommen. Im Funktionsmodus II liegt eine negative Rückkopplung vor, die eine niedrige basale Expression von DcuB gewährleistet. Dadurch kann E. coli auch niedrige C4-Dicarboxylat-Konzentrationen im Säugetierdarm nutzen, bei denen der C4-Dicarboxylat Stoffwechsel nicht oder nur schwach über DcuS aktiviert wird.