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Projekt
Redox-sensitive Schalter im Sulfatassimilationsweg und der Glutathionbiosynthese in Pflanzen
Antragsteller
Professor Dr. Rüdiger Hell; Professor Dr. Thomas Rausch; Markus Wirtz, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Biochemie
Pflanzenphysiologie
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251965288
Perzeption und Signalvermittlung des zellulären Redox-Status erlauben dem Organismus die Anpassung an Änderungen des Lebensraums. Im ersten Schritt vermitteln zelluläre Signale die Unterscheidung zwischen dem Zustand stabiler Redox-Homöostase (ungestörtes vegetatives Wachstum) und dem Auftreten von oxidativem Stress, verursacht durch abiotische oder biotische Faktoren. Dies führt dann in der Folge zur Entscheidung über das jeweils passende zelluläre Reaktionsprogramm. Im vorgesehenen Forschungsprogramm wird die koordinierte Redox-Regulation des Schwefelflusses - vom Sulfat über das Cystein zum Glutathion - als Kernelement eines zellulären Entscheidungsprozesses untersucht. Aufbauend auf solider in vitro-Evidenz für die Redox-Regulation der beiden Enzyme, APR und GCL, die als Schlüsselenzyme an Schaltstellen positioniert sind, wird deren koordinierte Regulation in ihrer Auswirkung auf metabolische Entscheidungsprozesse hin in vivo untersucht: Die globale Umsteuerung vom homöostatischen Zustand (Synthese von Proteinen und Glucosinolaten) hin zur erhöhten Bereitstellung von Glutathion nach Stressexposition.Zunächst wird der molekulare Mechanismus der Redox-Regulation der Thiolschalter in APR, dem Eingangsenzym der Sulaftreduktion, sowie in GCL, dem Schlüsselenzym der Glutathion-Synthese, aufgeklärt. Aufbauend auf diesen Arbeiten werden durch gerichtete Mutagenese redox-insensitive APR und GCL Mutanten hergestellt (riAPR, riGCL). Die redox-insenitiven Proteine werden zunächst biochemisch charakterisiert und anschließend in apr- bzw. gcl-Mutanten einzeln oder gemeinsam zur Expression gebracht. Ziel dieser Untersuchung ist die Analyse der Koordination und zellulären Bedeutung der redox-Sensitivität beider Enzyme in vivo unter definiertem oxidativem Stress.Die Transformation mit den zellulären Sensoren roGFP2-Orp1 Und Grx1-roGFP2 ermöglicht die detaillierte Analyse des zeitlichen und räumlichen Auftretens von H2O2 bzw. der Änderung des zellulären Redox-Status in den Mutantenlinien. Die physiologische Bedeutung der Thiolschalter in APR und GCL wird durch einen Vergleich der entsprechenden Mutanten mit dem Wildtyp hinsichtlich der Änderungen im Metabolom und Transkriptom, sowie des in vivo Schwefel Flusses, experimentell nachgewiesen. Des Weiteren wird die Untersuchung der Sulfenylierung und Glutathionylierung von Proteinen in den generierten redox-insensitiven APR- und GCL-Linien mittels eines ungerichteten Redox-Proteomansatzes erlauben, mögliche Schäden des Verlusts ihrer redox-Regulation zu erfassen. Die Konsequenz dieser post-translationalen Modifikationen für mögliche Signalprozesse und die Proteinqualität der betroffenen Proteine wird durch eine zeitaufgelöste Untersuchung adressiert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
