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Projekt
Temperaturabhängige Phasentrennung von RNA-bindenden Proteinen in Chloroplasten
Fachliche Zuordnung
Genetik und Genomik der Pflanzen
Zellbiologie
Zellbiologie
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506361669
Als sessile Organismen können sich Pflanzen Umweltstress nicht durch Bewegung entziehen. Stattdessen haben sie eine Fülle von ausgeklügelten physiologischen und molekularen Reaktionen entwickelt, um die innere Homöostase aufrechtzuerhalten. Die Bedeutung der intrazellulären Phasentrennung für Stressantworten von Pflanzen wird gerade erst deutlich. Wir haben herausgefunden, dass das Chloroplasten-RNA-Bindungsprotein CP29A in vivo und in vitro zu einer Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS) fähig ist. Die Phasentrennung wird durch niedrige Temperaturen ausgelöst, ist nach Rückkehr zur Umgebungstemperatur vollständig reversibel und hängt vom Vorhandensein der prionähnlichen Domäne (PLD) von CP29A ab. Die Disruption von CP29A oder die Deletion der PLD führt zum Ausbleichen der Blätter und zu einer Beeinträchtigung der photosynthetischen Aktivität in der Kälte. eCLIP- und RNA-Bind-and-seq-Experimente identifizierten mehrere Chloroplasten-RNA-Ziele von CP29A, darunter die rbcL-mRNA. CP29A-Mutanten zeigen eine starke Reduzierung der rbcL-mRNA in der Kälte. NMR- und biophysikalische Analysen von rekombinantem CP29A bestätigen die durch niedrige Temperaturen induzierte LLPS und geben einen detaillierten Einblick in die molekularen Interaktionen in der kondensierten Phase auf Aminosäureniveau. Darüber hinaus ergab die NMR-Analyse von CP29As individuellen RRM-Motiven überraschende Unterschiede in ihren RNA-Bindungseigenschaften. Ermutigt durch diese Ergebnisse fragten wir uns, ob andere Chloroplasten-RBPs ebenfalls zu LLPS fähig sind. Mithilfe einer Kombination aus in-silico-Vorhersagen, in-vivo-Analysen und in-vitro-LLPS-Tests konnten wir nachweisen, dass zwei Proteine, die an der RNA-Editierung und Translation in Chloroplasten erforderlich sind, LLPS zeigen. Wir schlagen nun vor, diese ersten Beschreibungen funktioneller LLPS von Chloroplasten-RBPs durch (i) eine detaillierte Analyse der biochemischen und biophysikalischen Mechanismen, die CP29A LLPS zugrunde liegen zu ergänzen, und (ii) eine allgemeine Charakterisierung der Funktion von LLPS für die hier entdeckten zusätzlichen LLPS-Ereignisse von chloroplastidären RNA-Bindungsproteine anzustrengen. Zu diesem Zweck bringen wir unser komplementäres Fachwissen in der Pflanzengenetik und Pflanzen-RNA-Biologie (Labor Schmitz-Linneweber) mit dem Fachwissen in der Analyse von Makromolekülstruktur, -dynamik und -interaktionen (Labor Sattler) zusammen. Eine Stärke unseres Ansatzes ist die Verknüpfung der detaillierten biophysikalischen und biochemischen Analyse von LLPS mit molekularen und insbesondere organismischen Phänotypen von Pflanzen. Darüber hinaus sind wir mit CP29A in der Lage, die Details einer kälteinduzierten LLPS zu bestimmen. Schließlich wurde LLPS bisher nur selten bei Pflanzen untersucht, obwohl Pflanzen als sessile Organismen von LLPS als Regulationsmöglichkeit zur Anpassung an Umweltveränderungen sehr profitieren würden. Wir wollen diese Lücke mit unseren Arbeiten schließen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
