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Projekt
Thiol-basierte Regulation der oxidativen Proteinfaltung im ER von Pflanzen
Antragsteller
Professor Dr. Andreas Meyer
Fachliche Zuordnung
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251957360
Sekretierte Proteine sind essentiell für die Interaktion von Zellen mit ihrer Umwelt. Die Faltung der meisten sekretorischen Proteine im Endoplasmatischen Retikulum (ER) erfordert die katalysierte Bildung intramolekularer Disulfidbrücken zwischen Cysteinen. Diese Disulfide sind entscheidend für die Proteinstruktur und -funktion und somit unverzichtbar für das Überleben der Zellen. Proteindisulfid Isomerase (PDI) und ER Oxidoreduktase (ERO) bilden zusammen die Maschinerie für die oxidative Proteinfaltung im ER. Sie bilden ein Disulfid-Übertragungssystem für den Transfer von Elektronen von Cysteinen ungefalteter Proteine auf molekularen Sauerstoff. Die Maschinerie muss dynamisch reguliert werden, weil der Proteindurchsatz im ER abhängig von Entwicklungssstadien und Umwelteinflüssen stark schwanken kann. Als sessile Organismen sind Pflanzen häufig höchst wechselhafen Umwelteinflüssen ausgesetzt und müssen darauf auf zellulärer Ebene schnell reagieren. In Hefe und Säugetieren wird die Faltungsmaschinerie des ER über Thiol-Schalter auf den EROs reguliert was eine schnelle posttranslationale Anpassung ermöglicht. Die Kontrolle der oxidativen Proteinfaltung in Pflanzen ist bislang nicht verstanden. Es ist aber bekannt, dass pflanzliche EROs im Vergleich zu EROs in Hefe und Säugern mehrere zusätzliche Cysteine enthalten. Die Position dieser Cysteine macht es wahrscheinlich, dass sie eine zusätzliche pflanzenspezifische Ebene der Redoxkontrolle ermöglichen, durch die schrittweise Aktivierung verschiedener Thiol-Schalter oder Ausbildung alternativer Disulfidbindungen. Um die Thiol-basierte Regulation der oxidativen Proteinfaltung zu untersuchen, werden Arabidopsis thaliana und Physcomitrella patens als Modellsysteme verwendet. Die Kombination eines Knockouts und einer Knockdown-Mutante für die beiden EROs in Arabidopsis führt zu extremer Sensititivität gegenüber DTT und Insensitivität gegenüber Ethylen, was den Ethylenrezeptor ETR1 als ERO Target identifiziert. Das Ziel dieses Projekts ist es, die regulatorischen Thiol-Schalter auf ERO sowie ihre Interaktion mit PDIs zu identifizieren und zu charakterisieren. Biochemische Analysen der ERO Regulation werden mit in vivo Analyse des Redoxzustands im ER kombiniert. Da dynamische Redoxmessungen im ER aufgrund des Mangels an geeigneten Sensoren bisher nur eingeschränkt möglich sind, sollen auf Basis existierender fluoreszierender Proteinsensoren, einem verbesserten mechanistischen Verständnis und der Modellierung von Protein-Protein Interaktionen verbesserte Sonden für oxidierende Umgebungen entwickelt werden. Die Möglichkeit in oxidierenden Kompartimenten den Thiol-Redoxzustand und H2O2 dynamisch zu messen, wird einen großen Fortschritt für die quantitative Analyse des zellulären Redoxhaushalts darstellen. Insbesondere werden sie hier eingesetzt werden, um neue Einblicke in die Rolle von ERO und die seiner regulatorischen Thiole in der Redoxhomöostase des ER zu gewinnen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
