Die Rolle von Peroxisomen in Algen mit komplexer subzellulärer Kompartimentierung

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Gallus Maier, seit 9/2020
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409750538

Peroxisomen sind metabolisch vielseitige Organellen, die im Großteil eukaryoter Zellen vorhanden sind. Ihre am weitesten verbreiteten metabolischen Funktionen sind die Entgiftung reaktiver Sauerstoffspezies, sowie die Degradierung von Fettsäuren. Obwohl Peroxisomen und ihre Derivate (Glyoxysomen, Glycosomen und Woronin Körper) in einigen bestimmten Modellorganismen - insbesondere Säugetieren, Pilzen und höheren Pflanzen - teils intensiv untersucht worden sind, ist ihre Präsenz und Funktion in vielen anderen Eukaryoten rätselhaft. Dies betrifft hauptsächlich einzellige Eukaryoten; viele davon photosynthetisch (Algen). Aufgrund der rapiden Fortschritte auf dem Gebiet der Genomik, Zell- und Molekularbiologie, ist es nun möglich Peroxisomen in diesen Lebensformen zu studieren.Um die Kenntnisse zu Peroxisomen und deren Derivaten in Eukaryoten zu erweitern, werden wir uns spezifisch auf die Rolle dieser Organellen in stark kompartimentierten Organismen konzentrieren, die aus einer Endosymbiose zweier verschiedener eukaryoter Zellen hervorgegangen sind. Wir werden Peroxisomen in der Cryptophyte Guillardia theta und der Chlorarachniophyte Bigelowiella natans untersuchen, Algen mit sogenannten komplexen Plastiden, die entweder auf einen Rot- oder Grünalgen-Endosymbionten zurückgehen. Die Rolle von Peroxisomen im zellulären Metabolismus dieser komplexen Organismen ist völlig unbekannt, meine vorläufigen Studien legen jedoch die Präsenz von metabolisch aktiven Peroxisomen mit teilweise ungewöhnlichen Kapazitäten in diesen Lebensformen nahe.Neben umfassenden bioinformatischen Screenings nach Peroxisom-lokalisierten Proteinen und der Rekonstruktion metabolischer Netzwerke in Cryptophyten und Chlorarachniophyten, werden wir mittels homologer und heterologer Lokalisationsstudien, welche sowohl die Expression fluoreszenzmarkierter Proteine als auch Immuno-Elektronenmikroskopie miteinschließen, Peroxisomen in den genannten Organismen eingehend analysieren. Außerdem werden wir einen peroxisomalen Proteinzielsteuerungsmechanismus aus einer Cryptophyte in eine Diatomee einbringen, der ein solcher Mechanismus natürlicherweise fehlt, um dadurch die minimale Zusammensetzung und molekularen Mechanismen des Importwegs zu studieren. Unsere Ergebnisse werden Erkenntnisse in den Feldern der Zellbiologie, Endosymbioseforschung und Parasitologie hervorbringen, aber auch das allgemeine Wissen über die Evolution und die Funktionen metabolischer Kompartimentierung in mikrobiellen Eukaryoten erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Daniel Moog, bis 8/2020