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Projekt
Proteine and Membrankompartimente in der Silica Biogenese
Antragsteller
Professor Dr. Nils Kröger; Professor Dr. Andrej Shevchenko
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Zellbiologie
Zellbiologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233120155
Diatomeen besitzen artspezifische Proteine, um ihre charakteristischen Biosilica-Strukturen aufzubauen. Zwei Schlüsselschritte für das Verständnis der Biosilica-Morphogenese sind (a) die Isolierung der intrazellulärer Kompartimente, in denen die Bildung des Biosilicas stattfindet (silica deposition vesicles = SDVs), und (b) die vergleichende Analyse Biosilica-assoziierter Proteome von phylogenetisch naher verwandten, aber morphologisch unterschiedlichen Diatomeen-Arten (Thalassiosira pseudonana, T. oceanica, Cyclotella cryptica). In der zurückliegenden Antragsperiode haben wir mehr als 26 neue Biosilica-assoziierte Proteine und 13 verschiedene posttranslationale Lysinmodifikationen identifiziert, die für die Bildung des Biosilica wichtig sind. In der nächsten Förderperiode werden wir die posttranslationalen Modifikationen spezifischen Lysinresten in den Proteinen der Biosilicome der drei Diatomeenarten zuordnen. Dabei werden wir uns all-ions fragmentation LC-MS/MS Technik bedienen. Wir haben zudem ein neuartiges, in Diatomeen konserviertes Membranprotein identifiziert, das wir Silicanin-1 (Sin1) gennant haben. Wir konnten zeigen, dass Sin1 ein integraler Bestandteil der SDV-Membran in T. pseudonana ist. Die N-terminale Domäne von Sin1 verankert das Protein im Biosilika durch Wechselwirkungen mit der Silica-bildenden organischen Matrix im Lumen der SDVs. In vitro Experimente haben gezeigt, dass die rekombinant hergestellte N-terminale Domäne von Sin1 pH-abhängig zu großen Clustern aggregiert, und die Bildung von Silica durch synergistische Wechselwirkung mit langkettigen Polyaminen begünstigt. Sin1 ist das erste Bindeglied, durch das die SDV-Membran Einfluß auf den Zusammenbau der Biosilica-bildenden organischen Matrix ausübt. Die Entdeckung von Sin1 hat neue Möglichkeiten eröffnet, um SDVs und andere mit diesen in Verbindung sethende Membrankompartimente zu isolieren und zu charakterisieren, was wir in der neuen Förderperiode durchführen werden. Zudem sollen Struktur und Funktion von membran-assoziiertem Sin1 in vitro und in vivo aufgeklärt werden. Wir werden die Expression von Sin1 in vivo blockieren (knock-down, knock-out) und die daraus resultierenden Mutanten hinsichtlich Biomineralisationsdefekte untersuchen. In Zusammenarbeit mit der Baldus Gruppe (SP-4) und der Steinem Gruppe (SP-7) soll die 3D-Struktur von Sin1 aufgeklärt werden, und die Selbstaggregation von Sin1 sowie dessen silicabildende Eigenschaften in Lipiddoppelschichten in vitro analysiert werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
