Schlüsselprotein des Tuberkulosebakteriums hilft, sich vor fremder DNA zu schützen

Forscher am Indian Institute of Science (IISc) haben zusammen mit Mitarbeitern des Institute of Mathematical Sciences (IMSc) herausgefunden, wie ein Schlüsselprotein im Tuberkulosebakterium dazu beiträgt, es vor dem Einfluss fremder DNA zu schützen, die in sein Genom eingefügt wurde. Das Verständnis der Funktionsweise dieses Proteins – Lsr2 genannt – könnte dabei helfen, Medikamente zu entwickeln, die darauf abzielen, und so den Kampf gegen Tuberkulose unterstützen.

„Die Untersuchung dieses Proteins ist interessant, da es einen großen Satz an Genen in den Bakterien kontrolliert“, sagt Mahipal Ganji, Assistenzprofessor am Institut für Biochemie des IISc und korrespondierender Autor der Studie.

Wissenschaftler haben bereits früher gezeigt, dass Lsr2 entscheidend dafür ist Mycobacterium tuberculosis (MTB) andere Organismen zu infizieren.

In der aktuellen Studie stellte das Team fest, dass dieses Protein Regionen der Mtb-DNA zum Schweigen bringt, die genetisches Material enthalten, das fremde Organismen wie Viren möglicherweise in sein Genom eingefügt haben. Wenn eine Zelle Proteine ​​produziert, die von fremder DNA kodiert werden, kann dies ihre eigene Funktion beeinträchtigen. Daher ist es für die Zelle von entscheidender Bedeutung, diese Gene zu identifizieren und ihre Expression zu verhindern.

Proteine ​​regulieren typischerweise die DNA-Expression, indem sie an bestimmte Basensequenzen (Adenin, Guanin, Thymin oder Cytosin) im Genom binden und die Zellmaschinerie daran hindern, die DNA zu „lesen“, um das Protein zu produzieren.

Das Team fand heraus, dass Lsr2 an große Bereiche der DNA bindet, die reich an den Basen Adenin (A) und Thymin (T) sind. Interessanterweise beginnen sie zusammenzukleben, wenn genügend Lsr2-Proteine ​​dicht beieinander liegen. Diese Verklumpung oder Kondensation verhindert, dass die DNA-Regionen gelesen und transkribiert werden können. Dies ist ein einzigartiger Mechanismus, den Lsr2 nutzt, um die Produktion von Proteinen zu blockieren, die den Bakterien schaden könnten.

Wir hätten nie erwartet, dass das Protein Kondensate bildet. Wir führten zunächst Experimente mit einzelnen Molekülen durch und sahen Hinweise darauf, dass es möglicherweise diese Kondensate bildete, und untersuchten dann weiter.“

Mahipal Ganji, Assistenzprofessor, Abteilung für Biochemie, IISc

Das Team nutzte eine Kombination aus Einzelmolekül-Bildgebung, Computersimulationen und Mikroskopie, um einzelne Mtb-Zellen zu visualisieren und den genauen Mechanismus der Funktionsweise dieses Proteins herauszufinden. Sie erstellten mehrere lange DNA-Stränge mit unterschiedlichen Basenkonzentrationen, um zu beobachten, wie sich das Protein verhält. Eine der in der Studie verwendeten Methoden ermöglicht die Abbildung einzelner DNA-Stränge, indem sie über ein Stück Glas gespannt werden. Diese Technik wurde von Ganji während seiner Arbeit als Postdoktorand an der TU Delft in den Niederlanden entwickelt. „Weltweit nutzen derzeit nur sehr wenige Labore diese Methode“, erklärt er.

Mit diesen Techniken identifizierten sie, welche Teile des Lsr2-Proteins konkret bei der Bildung dieser Kondensate eine Rolle spielen. Sie fanden heraus, dass eine Region des Proteins entscheidend für die Bildung von Verbindungen mit anderen Proteinmolekülen ist, während eine andere Region es ihm ermöglicht, sich an das DNA-Segment zu binden.

Prakshi Gaur, Doktorand in Ganjis Labor und einer der Hauptautoren, sagt: „Das Mtb-Genom ist sehr reich an GC (Guanin und Cytosin). Das Fremdgen … hat einen hohen AT-Gehalt (Adenin und Thymin), weshalb dieses Protein diese Abschnitte der DNA zum Schweigen bringt.“

„Wenn wir einige Proteine ​​entwickeln können, die auf diese Regionen abzielen, könnten wir Lsr2 daran hindern, diese Kondensate zu bilden“, fügt Thejas Satheesh, ehemaliger Masterstudent und weiterer Hauptautor, hinzu. Dies kann ein möglicher Ansatz zur Entwicklung von Interventionen sein, um zu verhindern, dass dieses Bakterium seine Wirte infiziert.

Das Team untersucht nun den Mechanismus, durch den diese Kondensate die Transkription des Genoms im Bakterium stoppen, und wie andere Proteine ​​in Mtb mit Lsr2 und seiner Funktion interagieren und es regulieren.

Quellen: