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Zusammenfassung:
Im natürlichen Lebensraum von Methanococcus voltae kommt Selen in unterschiedlichen Verbindungen und Konzentration vor. So variiert der Selengehalt im Mündungswasser verschiedener Flüsse zwischen 0,1 und 63 nM. Aufgrund der guten Löslichkeit sind die Oxianionen des Selens biologisch am interessantesten. Sie sind daher aber auch in hohen Konzentrationen toxisch. Selen in geringen Mengen ist dagegen essentiell, da es als Selenomethionin oder -cystein in Proteinen vorkommen kann. Eine häufig anzutreffende organische Selenverbindungen ist das Dimethylselenid (DMSe). Diese flüchtige Substanz wird von einer Vielzahl Organismen zur Detoxifizierung gebildet. Aus M. voltae sind insgesamt 4 Hydrogenasen bekannt, wovon zwei ein Selenocystein aufweisen und konstitutiv exprimiert werden. Die Induktion der Transkription der selenfreien Isoenzyme erfolgt dagegen bei Selenmangel. In Expressionsanalysen zeigte sich, dass 5 weitere Proteine ebenfalls nur unter Selenlimitierung synthetisiert werden. Von zweien wurde jeweils die N-terminale Peptidsequenz und von einem zusätzlich interne Peptidsequenzen bestimmt. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst das Gen eines dieser Proteine identifiziert. In einer Datenbanksuche stellte sich dann heraus, dass es Sequenzidentitäten mit Corrinoid-Proteinen aus Methanosarcina aufwies. Es wurde als SdmA bezeichnet (für Dimethylselenid Demethylierung). Das Gen sdmA liegt zusammen mit sdmB und sdmC auf einem gemeinsamen polycistronischen Messenger, der nur bei Selenmangel nachweisbar war. SdmB und SdmC haben gemeinsame Sequenzmotive mit Methyltransferasen, die in einigen Methanoarchaeen an der methylotrophen Methanogenese beteiligt sind. Dabei übertragen diese die Methylgruppe von Corrinoid-Proteinen auf den Akzeptor Coenzym M. Die Methylgruppe stammt dabei beispielsweise aus methylierten Aminen bzw. Thiolen oder aus Methanol. Normalerweise werden von M. voltae für die Methanogenese nur Formiat oder H2/CO2 erschlossen, so bestätigte sich die Vermutung nicht, dass bei Selenmangel SdmA, SdmB und SdmC die Erschließung der oben genannten methylierten Substrate erlauben könnten. Versetzt man das Selenmangelmedium jedoch mit DMSe, dann führt dies zur Repression des Promotors der Gene einer selenfreien Hydrogenase, der normalerweise nur unter Selenlimitierung aktiv wäre. Eine Deletion von sdmA oder sdmC führte zur Aktivität des Promotors trotz der Anwesenheit von DMSe. Der Austausch von sdmB hatte dagegen keinen Effekt. Zudem waren die Wachstumsraten der Mutanten delta sdmA und delta sdmB im Vergleich zum Wildtyp trotz DMSe-Zugabe reduziert. In M. voltae scheint es daher zwei verschiedene Anpassungsmechanismen an Selenmangel zu geben. Zum einen werden unter Selenlimitierung die selenfreien Isoenzyme der selenhaltigen Hydrogenasen exprimiert und zum anderen lässt sich unter diesen Bedingungen ein alternatives Selensubstrat, wie das DMSe, von M. voltae zur Biosynthese der Selenoproteine erschließen. Daran ist vermutlich das Corrinoid-Proteine SdmA und die Methyltransferase SdmC beteiligt.

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