Biogenesis of thylakoid membranes in cyanobacteria

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Nickelsen, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223817724

Die Thylakoidmembran (TM) stellt den Ort des Energie-produzierenden photosynthetischen Elektronentransports durch die Protein/Pigment Komplexe Photosystem II (PSII), Cytb6f und Photosytem I (PSI) dar. Während über die Struktur und Funktionsweise dieser molekularen Maschine ein detailliertes Wissen zur Verfügung steht, ist über ihre Entstehung im Laufe der Ontogenese relativ wenig bekannt. Dieses Forschungsprojekt befasst sich daher mit der Aufklärung der räumlich/zeitlichen Organisation der Biogenese der TM im cyanobakteriellen Modellsystem Synechocystis sp. PCC 6803. Als Fallstudie soll dabei auf die Assemblierung von PSII, insbesondere den Aufbau seines Sauerstoff-bildenden Mangan-clusters, fokussiert werden, für den wir vor kurzem ein neuartiges Modell der Manganinkorporation in speziellen Biogenesezentren nahe der Plasmamembran von Synechocystis 6803 vorgeschlagen haben. In diesem Zusammenhang scheinen insbesondere der periplasmatische PratA Faktor und das Genprodukt des Leserahmens slr0483 eine herausragende Rolle zu spielen. Während das tetratricopeptide repeat (TPR) Protein PratA als Mangantransporter am Aufbau des Wasserspaltungsapparates von PSII direkt beteiligt ist, ist das Membranprotein Slr0483p offenbar für die Entstehung der Biogenesezentren an sich notwendig, wie neueste ultrastrukturelle Untersuchungen vermuten lassen. In der geplanten Arbeit sollen molekulargenetische, biochemisch/biophysikalische und elektronenmikroskopische Methoden zur Anwendung gebracht werden um detaillierte Erkenntnisse über den molekularen Wirkmechanismus dieser Faktoren zu gewinnen. Darüberhinaus sollen weitere in die PSII Biogenese involvierte Faktoren, wie etwa die kürzlich identifizierten PratA-Interaktionspartner Slr1277p und die Deg-Protease HhoA, funktional charakterisiert werden, wodurch auch deren räumliche Organisation verstanden werden soll. Anhand von röntgenkristallographischen Untersuchungen des PratA/D1 Komplexes soll ausserdem der Manganaufnahmeprozess durch das D1 Protein des PSII im Detail untersucht werden. Diese Arbeiten werden komplementiert durch biochemische Analysen von PratA-ähnlichen Faktoren aus Grünalgen und Gefäßpflanzen, die aktuelle Hinweise auf einen möglicherweise evolutionär konservierten Beladungsmechanismus von PSII mit Mangan weiter verfolgen sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen