Mechanismen der Signalweiterleitung für Dimere von Phytochromen

• Antragsteller: Dr. Maximilian Ulbrich
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 439422115

Die Entwicklung von Pflanzen wird von einer Reihe lichtempfindlicher Proteine reguliert. Proteine der Phytochrom-Familie nehmen Licht im roten und dunkelroten Bereich wahr. Dass Phytochrome dimerisieren, wurde in der Vergangenheit weitgehend vernachlässigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, den Einfluss der Dimerisierung auf die Wellenlängen-Spezifität, Funktion, und physiologische Antworten der Phytochrome mithilfe von Einzelmolekül-Mikroskopie und klassischen physiologischen Ansätzen zu untersuchen.Die Phytochrome phyB–E vom Typ II werden durch rotes Licht aktiv und durch dunkelrotes inaktiv. Im Gegensatz dazu zeigt das Phytochrom phyA vom Typ I die größte physiologische Antwort im Bereich zwischen dem roten und dem dunkelroten Licht; dieser Effekt ist nicht trivial, das das lichtempfindliche Chromophor für alle Phytochrome gleich ist. Ein Faktor, der wahrscheinlich zu dieser sogenannten Dunkelrot-Verschiebung beiträgt, ist der dimere Zustand, den alle Phytochrome einnehmen. Im Dimer ist der Zustand mit einem Monomer in der aktiven und einem in der inaktiven Form am häufigsten im Bereich zwischen dem roten und dem dunkelroten Licht. Mehrere unserer Beobachtungen legen die Vermutung nahe, dass dieser Zwischenzustand des phyA-Dimers derjenige ist, der am stärksten an Proteine zur Signalweiterleitung bindet.Einzelmolekül-Mikroskopie an fluoreszenzmarkierten Proteinen ist gut geeignet, um die Bestandteile eines Proteinkomplexes genau zu bestimmen. Im vorgeschlagenen Projekt werden wir die Eigenschaften von Phytochrom-Dimeren untersuchen und ihre Interaktionspartner bestimmen. Insbesondere werden wir untersuchen, inwiefern sich die unterschiedlichen Dimer-Zustände von phyA auch in ihrem Profil an Interaktionspartnern unterscheiden.Um die physiologischen Eigenschaften von phyA-Dimeren zu erforschen, wollen wir konstitutiv aktive oder inaktive Mutanten von phyA in Pflanzen exprimieren, oder ein Dimer, das permanent in dem Zwischenzustand mit einem aktiven und einem inaktiven Monomer gefangen ist. Die Charakterisierung der Mutanten wird die Bestimmung der Pflanzenentwicklung unter verschiedenen Lichtverhältnissen, die biochemische Analyse mehrerer Proteine und Metabolite, die Quantifizierung der Expression von Marker-Genen für Lichtabhängigkeit, und Fluoreszenzmikroskopie an Pflanzengeweben umfassen.Wir sind auch interessiert an den Phytochromen phyB–E vom Typ II. Es wurde in früheren Studien bereits vorgeschlagen, dass Heterodimere der Phytochrome vom Typ II existieren, aber bis heute gibt es keine quantitativen Ergebnisse. Wir planen, Einzelmolekül-Mikroskopie zu verwenden, um die heterotypischen Interaktionen der Phytochrome vom Typ II zu bestimmen, und ebenso die Interaktionspartner, die an die verschiedenen Formen binden. Zuletzt wollen wir chimäre Proteine zwischen phyA und phyB–E verwenden, um zu untersuchen, welche Domänen für das charakteristische Verhalten dieser Proteine verantwortlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Andreas Hiltbrunner