Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Gert Bange von der Philipps-Universität Marburg hat einen neuartigen molekularen Schaltmechanismus in Bakterien entdeckt. Die Zusammenarbeit mit Prof. Jade Wang von der University of Wisconsin–Madison, USA, hat zu Ergebnissen geführt, die im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht wurden.
Ein zentrales Augenmerk der Studie lag auf dem Stressmolekül AP4A, das eine Regulierung zentraler Stoffwechselprozesse in Bakterien ermöglicht. Dieses Molekül spielt eine entscheidende Rolle, indem es spezifisch die Protein-Acetylierung beeinflusst. Die Forscher stellten fest, dass AP4A das Protein AcuB stabilisiert, welches ein wichtiges Enzym hemmt, das Acetylgruppen entfernt. Auf diese Weise bleibt eine Vielzahl von Proteinen in einem veränderten, aktiven Zustand, was eine Neubewertung des Zellstoffwechsels zur Folge hat.
Der molekulare Schaltmechanismus
Das Team identifizierte einen neuen Schaltpunkt zwischen Stresssignal und Stoffwechsel, wobei AP4A unter Stressbedingungen als aktives Signal wirkt. Die Forschung zeigt, dass die regulierte Acetylierung von Proteinen, ein bewahrtes posttranslationales Modifikationssystem, über alle Lebensdomänen hinweg von großer Bedeutung ist. Diese Modifikation spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung verschiedener zellulärer Prozesse, einschließlich Metabolismus und Genexpression, die jedoch bislang nicht umfassend verstanden wurden, wie auch wissenschaftliche Studien bestätigen.
AcuB fungiert als Inhibitor der Histon-Deacetylase (HDAC)-ähnlichen Proteine und bindet an AP4A. Diese Bindung stabilisiert AcuB zusätzlich und verstärkt die Inhibition von AcuC, einem weiteren Regulator, der in der Bakterienphysiologie von Bacillus subtilis eine zentrale Rolle spielt. Studien zur Bakterienphysiologie zeigen, dass AcuC nicht nur eine Vielzahl von Substraten reguliert, sondern auch in Wechselwirkungen mit anderen Metabolismusregulatoren steht.
Relevanz für die Humanmedizin
Die Ergebnisse dieser Forschungsmeilensteine haben auch weitreichende Implikationen für die Humanmedizin. Die Ähnlichkeit des bakteriellen Enzyms zu menschlichen Histon-Deacetylasen legt nahe, dass bei der Entwicklung moderner Krebsmedikamente vergleichbare Kontrollmechanismen von Bedeutung sein könnten. Es wurde nachgewiesen, dass AP4A auch im menschlichen Organismus vorkommt, was potenziell auf ähnliche regulatorische Netzwerke hinweist.
Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und der LOEWE-Explorationsförderung des Landes Hessen unterstützt. Dies unterstreicht die Bedeutung der Forschung für das Verständnis bakterieller Physiologie und deren regulatorischer Netzwerke, einschließlich der Virulenzfaktoren, die für die Interaktion zwischen Bakterien und Wirten entscheidend sind.