Wie die Natur Ammoniumtransporter als Rezeptoren umfunktioniert

Ein Team um die Freiburger Biochemikerin Prof. Dr. Susana Andrade hat ein neues Membranprotein charakterisiert, das es Mikroorganismen erlaubt, Ammoniumtransporter (Amts) als Rezeptoren umzufunktionieren. Ammoniumtransporter unterscheiden eindeutig zwischen Ammonium, Kalium und Wasser. Diese Eigenschaft hat sicherlich dazu beigetragen, dass sie im Lauf der Evolution zu Ammoniumrezeptoren umfunktioniert wurden. Das neu entdeckte Protein Sd-Amt1 nutzt Ammoniumkationen als extrazelluläre Signale, um den zytoplasmatischen Spiegel des Botenstoffs cyclic-di-GMP zu erhöhen. Es besteht aus einer membranintegrierten Ammoniumrezeptor-Domäne, die mit einem zytoplasmatischen Diguanylat-Cyclase-Transducermodul verbunden ist. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen.

Membranprotein Sd-Amt1 in Bakterium Shewanella denitrificans. Abbildung: Susana Andrade

Biochemie, Biophysik und Bioinformatik

Erstautoren der Studie sind die Freiburger Biochemiker Dr. Tobias Pflüger und Dr. Mathias Gschell von der Universität Freiburg. Die Arbeit des Forschungsteams kombiniert moderne biochemische, biophysikalische und bioinformatische Werkzeuge, um hochauflösende strukturelle und funktionelle Daten zu integrieren. Sie ermöglichten es den Forschenden, die molekularen Details der durch Ammonium ausgelösten Signalbindung, Rezeptoraktivierung und Transducermodulation aufzuzeigen. In Zusammenarbeit mit der Bioinformatikgruppe von Prof. Dr. Stefan Günther vom Institut für Pharmazeutische Bioinformatik der Universität Freiburg konnten sie ebenfalls zeigen, in welchem Ausmaß das Signalbindungsmotiv zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Organismen erhalten bleibt. Damit stellt die Arbeit auch ein Signaturmotiv zur Identifizierung anderer Ammoniumrezeptoren bereit.

• Originalpublikation: Tobias Pflüger, Mathias Gschell, Lin Zhang, Volodymyr Shnitsar, Annas J. Zabadné, Paul Zierep, Stefan Günther, Oliver Einsle, Susana L.A. Andrade: How Sensor Amt-Like Proteins Integrate Ammonium Signals. In: Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adm9441
  
  

• Prof. Dr. Susana Andrade leitet die Arbeitsgruppe Molekulare Biophysik am Institut für Biochemie der Fakultät für Chemie und Pharmazie der Universität Freiburg und ist Mitglied des Center for Biological Signaling Studies (BIOSS) und der Spemann Graduate School of Biology and Medicine an der Universität Freiburg.
  
  
• Die Arbeit wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

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