Posttranslationale Modifikation der Phycobiliproteine aus der Cryptophyte Guillardia theta

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 180452237

Cyanobakterien, Rotalgen und Cryptophyten nutzen Phycobiliproteine zur Lichtsammlung für die Photosynthese. Während Cyanobakterien und Rotalgen ihre Phycobiliproteine in großen Aggregaten, den sogenannten Phycobilisomen organisieren, findet man die heterodimeren Phycobiliproteine der Cryptophyten löslich im Thylakoidlumen des Chloroplasten. Die lichtsammelnden Eigenschaften der Phycobiliproteine werden durch lineare Tetrapyrrol-Chromophore, die Phycobiline, vermittelt. Diese sind kovalent über Thioetherbindungen mit konservierten Cysteinresten des Phycobiliproteins verbunden. Die Anknüpfung der Phycobiline erfolgt dabei posttranslational mit Hilfe sogenannter Phycobiliprotein Lyasen. Phycobiliprotein Lyasen sind Chaperon-ähnliche Proteine mit Regio- und Stereospezifität für das Phycobilin und die Anknüpfungstelle. Zusätzlich findet man in Phycobiliproteinen andere posttranslationale Modifikationen wie die Methylierung eines Asparagin- sowie die Hydroxylierung eines Lysinrestes. Die Genomesequenz der Modell Cryptophyte Guillardia theta wurde in 2012 fertig gestellt und enthält vier Gene, die für putative Pycobiliprotein Lyasen kodieren: CPES, CPET, CPEX und CPEZ. Zusätzlich wurde ein Gen, das für eine putative S-Adenosylmethionin-abhängige Methyltransferase kodiert, identifiziert. Während wir in der Vergangenheit bereits die Phycobiliprotein Lyase CPES charakterisiert und die dreidimensionale Struktur gelöst haben, ist über die verbleibenden Lyasen relativ wenig bekannt. Daher hat dieses Projekt zum Ziel, die posttranslationalen Modifikationen der Phycobiliproteine in Crytophyten genauer zu untersuchen. Dabei soll der Hauptfokus auf der Charakterisierung der Phycobiliprotein Lyasen liegen, aber auch die Methyltransferase soll untersucht werden. Die Fragestellungen des Projektes beinhalten die Aufklärung der Substratspezifitäten der einzelnen Lyasen sowie die Identifizierung der Ziel-Cysteinreste. Zudem soll die Reihenfolge der posttranslationalen Vorgänge untersucht werden, um einen Einblick in die molekularen Details der Phycobiliproteinassemblierung zu erhalten. Neben bekannten Phycobilinen nutzt G. theta ein Phycobilin, welches sonst nur als Intermediat der Biosynthese bekannt ist. Ein weiteres Ziel ist daher die Untersuchung der Anknüpfung dieses Chromophores an das Phycobiliprotein. Basierend auf der gelösten Kristallstruktur von CPES soll die Funktionsweise dieses Proteins weiter aufgeklärt werden. Co-Kristallisation mit dem Substrat in Kombination mit ortsgerichter Mutagenese soll helfen die Bindetasche des Chromophors genauer zu charakterisieren. Zudem sollen Oberflächenaminosäuren ausgetauscht werden, um die möglichen Interaktionsflächen mit dem Ziel-Phycobiliprotein zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen