Uwe Sauer Lab

Vi strävar efter att förstå hur stora proteinkomplex byggs upp och bevaras, såsom fotosystem II i växtceller. Vi undersöker också aktiviteten hos olika enzymer (till exempel ATPaser) och hur hydrolysen av substratet leder till strukturella konformationsförändringar.   

Proteiner i fotosystem II

Fotosyntes är utan tvekan den viktigaste biokemiska processen på jorden. Det är processen bakom vår livsmedelsproduktion och bidrar till stora delar till vårt värme- och energibehov. Som en biprodukt produceras av fotosyntes det syre vi andas. Växter, alger och cyanobakterier kan omvandla ljusenergi, koldioxid och vatten till lagringsbar kemisk energi och syre. Några få stora proteinkomplex, inbäddade i tylakoidmembranen hos organismer som producerar syre, är av särskilt intresse.

Forskningen i min grupp fokuserar på fotosystem II (PSII) och i synnerhet på proteiner som är inblandade i att bygga upp, underhålla och laga PSII, men som inte ingår i det slutliga komplexet. Vi har bestämt strukturerna för tre av dessa "assisterande proteiner", HCF136, LPA19 och MPH2 från Arabidopsis thaliana och studerar dem biokemiskt och genom mutationer. Vi kommer att använda ett in vitro system av växtceller i suspension för att producera PSII vid olika uppbyggnadsstadier och analysera de ofärdiga PSII-komplexen med kraftfulla elektronmikroskopi- och röntgendiffraktionsmetoder tillgängliga vid Umeå universitet. Dessutom använder vi bioinformatikmetoder för att studera de proteiner som bygger upp PS II från olika organismer, vilket kommer att ge viktiga insikter i deras evolutionära relationer och utveckling, från primitiva organismer som cyanobakterier till sofistikerade högre växter.

Molekylära mekanismer hos bakterier

Målet med detta projekt är att förstå de molekylära mekanismerna som leder till att bakterier känner av skadliga aromatiska föreningar, som de kan bryta ned och använda som kolkällor.  En nyckelregulator är DmpR, som reglerar dmp-operonet på ett (metyl)fenolberoende sätt i Pseudomonas putida CF600. DmpR tillhör en familj av transkriptionella aktivatorer som använder ATP-hydrolys för att initiera bindning till s54-RNA-polymeras. Avkänningen och inbindningen av fenoliska effektorföreningar samt ATP utlöser en konformationsförändring i DmpR, där proteinet omvandlas från en inaktiv dimeriskt form till en aktiv hexamer, vilket möjliggör transkription av gener som kodar för specialiserade kataboliska enzymer.

Vi har bestämt kristallstrukturen med 1,5 Å upplösning för den centrala AAA+-domänen av DmpR, som hydrolyserar ATP och interagerar med s54-RNA-polymeraset. Strukturen avslöjade att tyrosinrest 233 förhindrar ATP från korrekt bindning vid det aktiva stället och således hämmar hydrolys och övergång till den aktiva hexameren. Strukturell analys av en muterad variant av DmpR där Tyr233 ersattes med alanin (Tyr233-Ala) avslöjade att den intilliggande Tyr234 vänder in i den nukleotidbindande fickan, vilket ersätter Tyr233 och återställer det steriska hindret som hindrar ATP från att binda. Analys av aktiviteterna hos vildtyps- och alaninsubstituerade DmpR-proteiner tyder på att dessa observerade strukturella egenskaper har viktiga konsekvenser för DmpR:s ATPas och transkriptionsaktiviteter. Baserat på våra fynd har vi föreslagit en modell där effektorbindning förskjuter Tyr233 och därmed tillåter korrekt bindning av ATP vilket leder till hexamerisering och slutligen transkriptionell aktivering.

Infrastrukturen Protein Expertis Plattform (PEP)

Uwe Sauer leder också Protein Expertis Plattform (PEP) som ingår i Protein Production Sweden (PPS), en nationell infrastruktur som finansieras av Vetenskapsrådet (VR) och de lokala noder universiteten.