Untersuchung der Pexophagie in Pflanzen unter spezieller Berücksichtigung der Rolle des ATG1a-Kinase-Komplexes
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Vor wenigen Jahren wurde für Hefen gezeigt, dass Peroxisomen unter speziellen Kulturbedingungen selektiv in einem Autophagie-ähnlichen und als Pexophagie bezeichneten Weg abgebaut werden. Für Pflanzen ist bislang unbekannt, ob und, wenn ja, über welchen Mechanismus Peroxisomen degradiert werden. Wir haben im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes anhand transgener Tabak BY-2 Suspensionszellen, deren Peroxisomen durch das gelbe Fluoreszenzprotein (YFP) konstitutiv markiert wurden, erstmalig zeigen können, dass komplette Peroxisomen in Pflanzen abgebaut werden. Der Abbau von Peroxisomen konnte sowohl unter allgemeinen Kohlenstoff-Mangelbedingungen sowie unter Stressbedingungen und nach induzierter Peroxisomen-Akkumulation nachgewiesen werden. Der Mechanismus des Peroxisomenabbaus wurde durch Inhibitor-Applikation detailliert biochemisch und mikroskopisch (Fluoreszenz-, konfokale und Elektronenmikroskopie) beschrieben und als Makroautophagie klassifiziert. Auf molekularer Ebene wurde die pflanzliche Autophagie anhand der Proteinkinase ATG1 von Arabidopsis untersucht. Eines von drei pflanzlichen ATG1-Homologen (AtATGIa) trägt ein vermeintliches Zielsteuerungssignal für Peroxisomen, lokalisiert im Gegensatz zu publizierten Homologen anderer Organismen nach heterologer Expression in Hefen in Peroxisomen und besitzt eine funktioneile PTS1-Domäne für pflanzlichen Peroxisomen. Wir konnten für AtATGIa als erstes ATG1-Homolog höherer Organismen zeigen, dass es die ATG1-defiziente Mangelmutante der Backerhefe (S. cerevisiae) komplementiert. Der weiterführende Versuch des Nachweises der transienten Peroxisomen-Lokalisation von AtATGIa in Arabidopsis durch Immunpräzipitation hingegen war wahrend der einjährigen Forschungsperiode nicht erfolgreich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2006) Identification and characterization of a stressinducible and a constitutive small heat-shock protein targeted to the matrix of plant peroxisomes. Plant Physiol. 141,47-60
Ma, C., Haslbeck, M., Babujee, L., Jahn, O., Reumann, S.
- (2006) Plant peroxisomes respire in the light: some gaps of the photorespiratory C2 cycle have become filled-others remain. Biochim Biophys Acta. 1763, 1496-1510
Reumann, S.. Weber AP
- (2006) Subcellular and functional analyses of small heat shock proteins and protein kinases from plant peroxisomes. Dissertation Universität Göttingen
Ma C
- (2007) The PEROXIN11 protein family controls peroxisome proliferation in Arabidopsis. Plant Cell 19, 333-350
Orth T., Reumann, S., Fan J., Quan S., Zhang X., Awai C., and Hu J.
