Determinants for regulation of precursor protein fate

• Applicant: Professor Dr. Enrico Schleiff
• Subject Area: Plant Physiology ; Plant Cell and Developmental Biology
• Term: from 2016 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 308920568

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Das Ziel des Projekts war die evolutionäre Entwicklung des Get3-Systems in Pflanzen nachzuvollziehen, die Lokalisierung der verschiedenen Get3-Orthologen in pflanzlichen Zellen zu definieren und dadurch die Existenz von organell-lokalisierten Get3-Proteinen zu bestätigen. Letztere scheinen für Pflanzen spezifisch zu sein, und so zielten wir auf die funktionelle Charakterisierung und den Vergleich der Get3-Proteinfamilie mit Fokus auf das Chloroplasten-lokalisierte Protein und das Modellsystem A. thaliana ab. Inspiriert von diesem Ziel haben wir zunächst die Phylogenie der vier orthologen Get3-Gruppen in Pflanzen rekonstruiert. Wir beobachteten, dass das zytosolische Get3-System in allen Pflanzensystemen zu finden ist und auf die evolutionäre Wurzel der Pflanzen zurückgeht. Das Gleiche gilt für Get1 und Get4, und so können wir schlussfolgern, dass das zytosolische System wahrscheinlich im letzten gemeinsamen eukaryotischen Vorfahren entstand. Das Chloroplastlokalisierte Get3 entstand vor der Abspaltung der Chlorophyta und kann daher als pflanzentypisch angesehen werden. Es evolvierte wahrscheinlich in Organismen, welche früh der evolutionären Entwicklung der Pflanzen anzusiedeln sind. Im Gegensatz dazu ist das mitochondriale Get3 wahrscheinlich bei drei verschiedenen Ereignissen entstanden: (i) an der Wurzel der Monokotyledonen, (ii) an der Wurzel der Brassicaceae und (iii) durch Diversifikation des Chloroplasten-lokalisierten Get3- Proteins durch duales Targeting zu Mitochondrien. Für die letztere Annahme fehlen jedoch noch experimentelle Beweise. Nachfolgend haben wir die Eigenschaften der Get3-Proteine beschrieben. Wir konzentrierten uns auf die Organell-lokalisierten Proteine. Für das mitochondriale Get3 liefern wir erste Hinweise auf eine funktionelle Beziehung zu Komplex IV und Komplex II. Wir konzentrierten uns jedoch hauptsächlich auf das Chloroplasten-lokalisierte Get3. Wir fanden heraus, dass dieses Protein einerseits als Holdase unter Stressbedingungen fungiert und andererseits an der Assemblierung des Photosystems II beteiligt ist, indem es z.B. als Faktor für das PsbW-Targeting aggiert. Mit der etablierten Methodik sollen in einem Folgeprojekt die molekularen Details und Komponenten, die am Funktionszyklus der organelllokalisierten Get3-Proteine beteiligt sind, angegangen werden.

Publications

• The intracellular distribution of the components of the GET system in vascular plants. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2019 Oct;1866(10):1650-1662
  Bodensohn US, Simm S, Fischer K, Jäschke M, Groß LE, Kramer K, Ehmann C, Rensing SA, Ladig R, Schleiff E
  
• Membrane Extracts from Plant Tissues. Methods Mol Biol. 2020;2127:81-92
  Bodensohn U, Ruland C, Ladig R, Schleiff E