Regulation der Gasvesikelbildung bei Halobacterium salinarum PHH1

Gasvesikel sind intrazelluläre, gasgefüllte Proteinkörperchen, die von H. salinarum PHH1 während des gesamten Wachstums gebildet werden. Die 14 p-gvp-Gene, deren Expression die Bildung der zitronenförmigen Gasvesikel hervorruft, sind auf dem Plasmid pHH1 in der sogenannten p-vac-Region lokalisiert. Innerhalb dieser Region sind die Gene p-gvpACNO, mit p-gvpA für das Hauptstrukturprotein pGvpA, in eine Richtung orientiert, während die Gene p-gvpDEFGHIJKLM genaufwärts von p-gvpA in entgegengesetzter Richtung liegen. Die Notwendigkeit einzelner gvp-Gene für die Gasvesikelbildung konnte in Haloferax volcanii-Transformanten bestimmt werden. Erste Experimente wiesen darauf hin, dass die Gene p-gvpA und p-gvpO essentiell für die Gasvesikelbildung sind, während die Gene p-gvpCN und p-gvpDE nicht benötigt werden. Die Phänotypen von Hf. volcanii-Transformanten, die die p-vac-Region enthielten bei der jeweils ein Gen aus der p-gvpFGHIJKLM-Region deletiert war, zeigten, dass die Gene p-gvpH und p-gvpI für die Bildung der Gasvesikel nicht benötigt werden, während die Gene p-gvpF, p-gvpG, p-gvpJ, p-gvpK, p-gvpL und p-gvpM essentiell sind. Diese Ergebnisse zeigten, dass die acht Gene p-gvpA, p-gvpO, p-gvpFG und p-gvpJKLM der p-vac-Region für die Bildung von Gasvesikeln essentiell sind. Transformanten, die das Konstrukt p-gvpFGJKLM-AO enthielten, bildeten jedoch keine Gasvesikel wegen unzureichender Expression der Gene p-gvpJKLM. Die zusätzliche Überexpression der Gene p-gvpJKLM auf einem zweiten Vektorkonstrukt führte zu Transformanten, die Gasvesikel bildeten, was zeigte, dass die acht Gene p-gvpFGJKLM-AO zur Gasvesikelbildung ausreichen. Die Expression der 14 p-gvp-Gene geht von den Promotoren pA, pD, pF und pO aus, die vor den jeweiligen p-gvp-Genen liegen, zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Wachstums aktiv sind und teilweise durch GvpD oder GvpE reguliert werden. Der pA-Promotor ist konstitutiv aktiv. Transkriptionsanalysen und Studien mit Hilfe des bgaH-Reportergens, das für eine halobakterielle b-Galaktosidase kodiert, zeigten, dass die Aktivität des pA-Promotors durch den Transkriptionsaktivator pGvpE erhöht wird. Ein repressorischer Effekt von pGvpD auf den pA-Promotor wurde nur in Kombination mit pGvpE beobachtet. Der pD-Promotor ist nur während der stationären Wachstumsphase aktiv. Transkriptionsanalysen und Untersuchungen mit dem bgaH-Reportergen zeigten, dass der pD-Promotor ebenfalls durch den Transkriptionsaktivator pGvpE aktiviert wird. Der pF-Promotor, der nur während des exponentiellen Wachstums aktiv ist und zur Bildung des p-gvpFGHIJKLM-Transkripts führt, wird weder durch pGvpD noch durch pGvpE reguliert. Ähnliches konnte für den ebenfalls exponentiell aktiven pO-Promotor gezeigt werden, der weder durch pGvpD noch durch pGvpE oder durch andere Genprodukte der p-vac-Region in seiner Aktivität beeinflusst wird.