Biochemische Charakterisierung der Pythochrome aus Pseudomonas aeruginosa und Aspergillus nidulans

Phytochrome sind Photorezeptoren, die auf hell- und dunkelrotes Licht reagieren. Sie kommen in Pflanzen, Cyanobakterien, einigen nicht-photosynthetischen Bakterien und Pilzen vor und tragen ein lineares Tetrapyrrol als prosthetische Gruppe. In der vorliegenden Arbeit gelang es, die Phytochrome PaBphP aus Pseudomonas aeruginosa und FphA aus Aspergillus nidulans rekombinant in E. coli darzustellen und die Funktion als Phytochrom in vitro zu charakterisieren. PaBphP reagiert mit Biliverdin IX (BV) auf hell- und dunkelrotes Licht. Im Grundzustand liegt PaBphP in der Pfr-Form vor und kann durch Einstrahlung von dunkelrotem Licht in die Pr-Form umgewandelt werden. Durch die Assemblierung von PaBphP mit verschiedenen BV-Isomeren wurde deutlich, dass der Chromophor mit der Endo-Vinyl-Gruppe des A-Rings kovalent am Protein bindet. Da das Gen bphP zusammen mit dem hämoxygenase-codierenden Gen bphO in einem Operon vorliegt, scheint der natürliche Chromophor BV IX zu sein. Zur Charakterisierung der Chromophor-Bindestelle wurden gezielt Aminosäuren ausgetauscht und die erhaltenen Varianten untersucht. Ein Cysteinrest in der N-terminalen PAS-Domäne ist an der Chromophor-Bindung beteiligt. Durch Autophosphorylierungsexperimente konnte die Funktion als Histidinkinase nachgewiesen werden. Obwohl alle biochemischen Daten auf einen Photorezeptor hinweisen, bleibt die Funktion von PaBphP unbekannt. Rekombinant gereinigtes holo-FphA aus A. nidulans zeigte ebenfalls alle Merkmale eines Phytochrom-Photorezeptors. Es assemblierte BV und das resultierende holo-FphA zeigte typische R/FR- Photoisomerisierung. Eine kovalente Bindung des BV an FphA wurde nachgewiesen. In FphA wird der Chromophor auch an einem konservierten Cysteinrest in der N-terminalen PAS-Domäne gebunden. Die Funktion von FphA als Histidinkinase wurde durch Autophosphorylierungsexperimente gezeigt. In A. nidulans hat FphA die Funktion eines Rotlichtsensors und unterdrückt die sexuelle Entwicklung unter hellrotem Licht.