Characterization of the Esp signalosome: Two hybrid histidine kinases utilize a novel signaling mechanism to regulate developmental progression in Myxococcus xanthus.

Histidin-Aspartat Signaltransduktionssysteme werden von Bakterien, Archaeen sowie Eukaryoten verwendet, um Signale zu integrieren und weiter zu verarbeiten, um auf diese Weise eine koordinierte und gut abgestimmte zelluläre Antwort hervorzurufen. Ein Charakteristikum dieser Systeme sind ihre hoch modularen Signalübermittlungsmodule, welche sowohl einfache „Zweikomponentensysteme“ als auch komplexe „Multikomponentensysteme“ bilden können. Das Deltaproteobakterium Myxococcus xanthus besitzt eine beträchtliche Anzahl solcher Signaltransduktionsproteine, von denen viele in der Regulation seines komplexen, multizellulären Entwicklungszykluses involviert sind. Eines dieser Signaltransduktionssysteme ist das Esp System, welches aus der Hybridhistidinkinase, EspA, zwei Serin/Threonin-kinasen (PktA5 und PktB8) und einem hypothetischen Transportprotein (EspB) besteht. Mit der vorliegenden Studie ordne ich dem Esp System eine weitere Hybridhistidinkinase zu, EspC, welche in der Lage ist, den Ablauf des Entwicklungsprogrammes zu verlangsamen. Die genetischen Studien zeigten auf, dass EspC eine essentielle Komponente des Esp Systems ist, da die Deletionsmutanten ΔespA, ΔespC und auch die Doppelmutante ΔespAΔespC den gleichen verfrühten Phänotyp bezüglich des Ablaufes des Entwicklungsprogrammes zeigen. Überraschenderweise führte das Blockieren der Autophosphorylierung von EspC in vivo zu keinem Defekt des Entwicklungszyklusses, wohingegen der Austausch des phosphatempfangenden Aspartats in der Empfängerdomäne von EspC den gleichen Effekt hatte, wie die vollständige Deletion von EspC. Des Weiteren wurde deutlich, dass obgleich die Kinasedomäne von EspC eine effiziente Autophosphorylierung in vitro zeigte, sie hingegen nicht dazu fähig war, Phosphatgruppen auf die Empfängerdomäne von EspC zu übertragen. Stattdessen konnte sowohl in in vivo als auch in vitro Analysen gezeigt werden, dass die Kinasedomäne von EspA Phosphatgruppen auf die Empfängerdomäne von EspC übertragen kann. Aus diesen Gründen postuliere ich, dass EspA und EspC einen bisher unbekannten Signaltransduktionsmechanismus verwenden, der sowohl inter- als auch intraproteinogene Phosphorylierung beinhaltet. Der Effekt dieses Mechanismus ist die Phosphorylierung beider Empfängerdomänen, der von EspA und EspC. Weitere genetische Analysen ließen zudem vermuten, dass die zelluläre Antwort des Esp Systems auf der Ebene der Phosphataseaktivität reguliert wird, welche eventuell durch die Sensordomänen von EspC moduliert wird. Abschließend fand ich heraus, dass das Esp System den proteolytischen Verdau des zentralen, entwicklungsspezifischen Transkriptionsfaktors MrpC über eine noch nicht identifizierte Protease reguliert. Zusammengefasst legen diese Daten einen neuen Signaltransduktionsmechanismus innerhalb der Histidin-Aspartat Signaltransduktionsfamilie offen und erweitern damit die Kenntnisse über die Komplexität und Plastizität dieser essentiellen Systeme.