Metaboliten-sensierende Signal-Prozessoren in eukaryontischen photosynthetischen Mikroorganismen: Von molekularen Mechanismen zu zellulären Funktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Karl Forchhammer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322543902

In Mikroorganismen sind in die Fähigkeiten hoch entwickelt, gezielte zelluläre Funktionen in Antwort auf Änderungen des Umweltmilieus (physikochemische Bedingungen, Nährstoffangebot) rasch und effizient zu regulieren (Silva-Rocha & de Lorenzo, 2010). Obwohl diese Regulationssysteme sehr heterogen sind bezüglich Spezifität und Komplexität, sind doch einige fundamentale Umwelt-Wahrnehmungsmechanismen in allen Domänen des Lebens konserviert. Beispiele beinhalten Signaltransduktionsmechanismen in verzweigten Wegen und cross-talk Unterdrückung (Goulian, 2010) als auch die Regulation mittels PII Signaltransduktionsproteinen in Bakterien, Archaeen und Pflanzen (Chellamuthu et al., 2013; Ermilova et al., 2013). Trotz der hohen Ähnlichkeit zwischen prokaryontischen und eukaryontischen PII Proteinen konnten wir eine fundamental neue Eigenschaft in pflanzlichen PII Proteinen entdecken: Sie sensieren Glutamin über eine neue, niederaffine Bindungsstelle (Chellamuthu et al., 2014). Über diese publizieren Resultate hinaus fanden wir über pull-down Analysen, dass es offensichtlich noch mehr zelluläre Ziele des PII Regulatorproteins gibt als früher angenommen. Es deutet sich an, dass wir in dieser Hinsicht bisher nur die Spitze eines Eisberges gesehen haben. Die grundlegende Annahme dieses neuen Projektes ist es, dass PII Proteine auch in oxygen phototrophen (Mikro)organismen zentrale Metaboliten-Sensoren darstellen. In diesem Kooperationsprojekt wird die Arbeitsgruppe in St. Petersburg sich auf die physiologischen Auswirkungen der PII-vermittelten Signaltransduktion in Grünalgen fokussieren. Die Bedeutung für den Stoffwechsel und mögliche biotechnologische Möglichkeiten stehen dabei im Zentrum des Interesses. In der Arbeitsgruppe im Labor Forchhammer in Tübingen werden die funktionellen molekularen und biochemischen Studien zur PII Regulation in Grünalgen durchgeführt. Es geht dabei um ungelöste Fragen zur Regulation des Schlüsselenzyms der Arginin-Biosynthese, N-Acetyl-Glutamatkinase, als auch um die Charakterisierung weiterer potentiell PII-regulierter Enzyme des Zentralstoffwechsels.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Elena Ermilova