Regulation of chloroplast gene expression by the maturase MatK
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Fast jedes mRNA in Vertebraten und auch in Pflanzen wird gespleißt, d.h. nicht relevante RNA Segmente werden entfernt. Der dazu notwendige Apparat, das Spleißosom, ist hochkonserviert. Im Zentrum des Spleißosoms steht ein Protein, Prp8, das von bakteriellen Maturasen abstammt. Diese Maturasen haben sich im Lauf der Evolution von Spezialisten mit nur einem Ziel-Intron zu Generalisten (dem Spleißosom) mit Zehntausenden von Ziel-Introns entwickelt. Das plastidäre Intron MatK stellt eine Zwischenstufe auf diesem evolutionären Weg dar, da es zwar noch urtypische, bakterielle Introns bedient, andererseits aber bereits in der Lage ist, mehrere Introns zu spleißen. MatK ist außerdem von Interesse für das Verständnis der plastidären Biogenese, weil es das einzige RNA-prozessierende Enzym ist, das in der Evolution des Chloroplasten von einem Cyanobakterium im Plastidengenom verblieben ist und essentielle Aufgaben für die plastidäre Genexpression übernimmt. Alle anderen (hunderte) von Genen in der RNA-Prozessierung sind im Kern der Pflanzenzelle kodiert und werden posttranskriptional importiert. Eine Hypothese für die Erklärung dieses Befundes ist, dass MatK in plastideninterne Regelkreise eingebunden ist, die nicht in den Kern transferiert werden können. Dieses Projekt hatte zwei wesentliche Zielstellungen: (i) die Analyse der Regulation von MatK und (ii) die Bestimmung der Bindestellen von MatK zur Erklärung der Promiskuität in der Intronbindung dieses Proteins. Zu (i): Über einen kombinierten Ansatz aus experimentellen Verfahren und mathematischen Modellierungen konnten wir zeigen, dass MatK sehr wahrscheinlich Autoregulation zeigt und dass deshalb das matK Gen im Chloroplasten verblieben muss. Zudem konnten wir eine im Vergleich zu anderen Plastidengenen exzeptionelle Regulation der Expression von MatK sowohl auf translationaler Ebene als auch auf Eben der RNA-Akkumulation zeigen. Zudem konnte hier anhand von MatK zum ersten Mal gezeigt werden, dass ein plastidärer Spleißfaktor in der Pflanzenentwicklung dynamisch das Spektrum seiner Zielintrons ändert. Zu (ii): die Bestimmung der RNA-Bindestellen von MatK ergab eine Präferenz für drei Teilbereiche der von MatK bedienten Introns. Allerdings zeigt MatK für darüber hinaus für jedes individuelle Intron ein anderes, spezifisches Interaktionsmuster. Dieses Interaktionsmuster auf die unmittelbar interagierenden Nukleotide in der RNA und Aminosären im MatK Protein zu reduzieren, wird ein Ziel weiterer Arbeiten auf diesem Gebiet sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013) Multiple checkpoints for the expression of the chloroplast-encoded splicing factor MatK. Plant Physiol., 2013 Dec;163(4):1686-98
Hertel S, Zoschke R, Neumann L, Qu Y, Axmann I, Schmitz-Linneweber C
