Die Vakuolen der Diatomeen

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Gallus Maier
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258134917

Die Lysosomen und Vakuolen von Tieren, Hefen und Pflanzen werden intensiv studiert. Hierbei zeigte sich, dass diese Kompartimente mehr als nur lytische Aktivitäten besitzen und zu vielen zellulären Funktionen beitragen. Zellbiologisch sind die Kompartiment-Entstehung und das Targeting von Molekülen zu Lysosomen und Vakuolen wichtige Aspekte, die mittels state-of-the-art Techniken untersucht werden. Dabei konnten wichtige molekulare und funktionelle Unterschiede zwischen den Modellsystemen nachgewiesen werden, was die Wichtigkeit der Forschung an verschiedenen Organismen demonstriert. Wir möchten in dem hier dargestellten Projekt Vakuolen-ähnliche Strukturen der Diatomeen untersuchen. Diese Organismen werden in eine Supergruppe, die Chromalveolaten, eingereiht, deren Vakuolen-ähnlichen Strukturen nur rudimentär untersucht sind. Unsere Vorarbeiten bestätigen, dass in Diatomeen zwei unterschiedliche vakuloäre Strukturen vorkommen, von denen angenommen wird, dass sie entweder Lipide oder Glykane speichern. Andere Funktionen dieser Strukturen sind allerdings nicht belegt. Mittels Targeting Experimenten, bei denen GFP mit möglichen vakuloären Membranproteinen fusioniert ist, konnten wir verschiedene Strukturen sichtbar machen, von denen bereits eine mittels Licht- und elektronenmikroskopischen Untersuchungen als Vakuole identifiziert werden konnte. Weiterhin haben wir Kompartiment-spezifische Marker etabliert, die wichtig zur Beschreibung des intrazellulären Targetings sein werden. Dies soll in einem kombinatorischen Ansatz angegangen werden, bei dem wir die Signale von Membranproteinen, die zu den zwei unterschiedlichen vakuolären Strukturen der Diatomeen dirigiert werden, untersuchen. Zusätzlich wollen wir die Entstehung einer der vakuolären Strukturen untersuchen. Wir erwarten von unseren Arbeiten nicht nur die molekulare Charakterisierung zweier vakuolären Strukturen, sondern auch neue Erkenntnisse von Targeting-Mechanismen zu verschiedenen, rudimentär untersuchten Kompartimenten in einem molekular zugänglichen Chromalveolaten. Wichtig ist hierbei auch eine phylogenetische Betrachtungsweise unserer Befunde, die Hypothesen zur Evolution der Diatomeen belegen oder widerlegen könnte. Als weitere Perspektive können unsere Arbeiten neue Kompartimente aufzeigen, die potentiell für biotechnologische Anwendungen interessant sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen