Aufklärung der Rolle von Curvature Thylakoid (CURT)-ähnlichen Proteinen bei der Zellteilung von Cyanobakterien

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Dann
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518024318

Cyanobakterien und Chloroplasten sind stammesgenetische Schwesterguppen, betreiben beide oxygene Photosynthese, und teilen einen Großteil der dazu nötigen molekularen Maschinerie und subzellulären Strukturen. Eine dieser Strukturen sind Thylakoide – ein intrazelluläres Membransystem, das die pigmentbindenden und membranständigen Proteinkomplexe der photosynthetischen Elektronentransportkette beherbergt. Thylakoide höherer Pflanzen formen extrem komplexe räumliche Strukturen, die der reaktiven Oberflächenvergrößerung und funktionalen Unterteilung dienen. Dabei sind CURT1 (Curvature Thylakoid 1) -ähnliche Proteine wesentlich für die dazu erforderliche Restrukturierung der Thylakoidmembranen. Cyanobakterien besitzen nahe verwandte Proteine – CurT-ähnliche Proteine – die einen deutlich geringfügigeren Einfluss auf deren Thylakoid-Architektur zu haben scheinen. Neueste Beobachtungen aus unserer Arbeitsgruppe legen jedoch nahe, dass CurT einen erheblichen und nie zuvor beschriebenen Einfluss auf verschiedene cyanobakterielle Zellteilungsprozesse hat, und physisch mit Schlüsselkomponenten des Zellteilungsapparates interagiert. Wir vermuten, dass eine zuvor beobachtete aber nicht weiter untersuchte Population von CurT-Proteinen in der Plasmamembranfraktion aktiv an der Zellteilung beteiligt ist. Zudem vermuten wir, dass durch CurT hervorgerufene Öffnungen in den Thylakoidmembranschichten die exakte Festlegung der Zellpole und der Zellteilungsebene durch die von Zellpol zu Zellpol oszillierenden Proteine MinC, MinD, und MinE bedingen. CurT-Proteine scheinen demnach eine wichtige und bislang unbeachtete koordinative Funktion erfüllen, die einer Beeinträchtigung der Zellteilung durch das intrazelluläre Thylakoidmembransystem vorbeugt. Ziele dieses Projektes sind die Aufklärung (i) der funktionalen Rolle von CurT in der cyanobakteriellen Zellteilung in den Modellorganismen Synechocystis sp. PCC6803 und Synechococcus sp. PCC7942, (ii) der funktionalen Differenzierung zwischen Plasmamembran- und Thylakoid-ständiger CurT-Populationen, und (iii) des phylogenetischen Ursprungs und der funktionalen Radiation von CurT/CURT1-Isoformen im Zuge der Transition von freilebenden Cyanobakterien zu endosymbiontischen Chloroplasten. Dazu werden wir die physikalischen Protein-Protein-Interaktionsnetzwerke, sowie die funktionale Relevanz zuvor beobachteter posttranslationaler Modifikationen zellulärer CurT-Proteine untersuchen. Zudem soll ein von uns identifiziertes Kandidaten-Gen funktional charakterisiert werden, welches vermutlich einen der letzten überlebenden Nachkommen des evolutionsgenetischen Vorläufers moderner CurT/CURT1-Proteine codiert. Die Kombination der so gewonnenen Erkenntnisse wird uns erlauben, ein in seiner Vollständigkeit bisher unerreichtes Bild der evolutionsgenetischen Abstammung, kontinuierlichen Funktionsverschiebung, und funktionalen Vielfalt der modernen Vertreter dieser faszinierenden Determinanten der Thylakoidsystem-Architektur zu zeichnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen