Direkte Regulation der mykobakteriellen Adenylatcyclase Rv1625c durch den Quorum-Sensing Rezeptor CqsS von Vibrio harveyi

Abstract

Adenylatcyclasen (ACn) sind ubiquitär in Pro- und Eukaryoten und wandeln extrazelluläre Reize in ein einheitliches intrazelluläres cAMP-Signal (3', 5'-cyclic AMP-Signal) um. Viele bakterielle sowie die meisten eukaryotischen ACn besitzen Membrananker mit sechs Transmembranhelices und kurzen, sie verbindenden Schlaufen. Eine Funktion für den überdimensionierten Membrananker (˃40% des Proteins) konnte bislang nicht nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu den indirekt über G-Protein-gekoppelten Rezeptoren regulierten eukaryotischen ACn bleibt das Regulationssignal für prokaryotische ACn mit wenigen Ausnahmen unklar. Durch den Tausch des Membranankers der mykobakteriellen Rv1625c gegen den baugleichen Quorum-Sensing-Rezeptor CqsS (Cholera quorum sensing Sensor) von Vibrio harveyi wurde eine membranverankerte und aktive AC erzeugt, welche durch den für CqsS spezifischen Liganden CAI-1 (Cholera Autoinducer-1) direkt reguliert wurde. Zudem zeigten verschiedene Punktmutationen innerhalb des Membranankers und ein Austausch ganzer Transmembranhelices gegen die Aminosäuresequenz eines homologen QS-Rezeptors, dessen Beteiligung an einer Liganden-vermittelten Signalweiterleitung. Ebenso konnte bewiesen werden, dass die Signaltransduktion eine Homodimerisierung der Membrandomäne benötigt und diese, im Falle von CqsS (V. harveyi), irreversibel ist. Die Daten unterstützen die Hypothese, dass die Membrananker der Klasse III ACn Rezeptoren sind und die AC-Regulation in Bakterien und Wirbeltieren einem gleichen Regulationsmechanismus unterworfen ist. Dies würde eine neue Dimension in der direkten AC-Regulierung zusätzlich zu der indirekten Regulierung von GPCRs in eukaryotischen Organismen eröffnen.