Aktivität und Spezifität der COP1/SPA E3 Ubiquitinligase bei der Lichtsignaltransduktion und Photomorphogenese von Arabidopsis

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ute Höcker
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277860145

Pflanzen nehmen die Lichtverhältnisse in ihrer Umgebung wahr, um ihr Wachstum, ihre Entwicklung und ihren Stoffwechsel an die sich ständig ändernden Lichtbedingungen und Jahreszeiten anzupassen - mit dem Ziel, Photosynthese und Samenproduktion zu optimieren und damit auch ihr Überleben und ihre Fitness zu sichern. Die Licht-wahrnehmenden Photorezeptoren (Phytochrome und Cryptochrome) hemmen die Aktivität der CONSTITUTIVELY PHOTOMORPHOGENIC1/SUPPRESSOR OF PHYTOCHROME A-105 (COP1/SPA) E3 Ubiquitinligase, die in Dunkelheit aktiv ist und die Lichtsignaltransduktion unterdrückt. Die COP1/SPA E3 Ligase polyubiquitiniert Aktivatoren der Lichtsignaltransduktion, vornehmlich Transkriptionsfaktoren, und markiert sie damit für den Abbau im 26S-Proteasom. Bei Lichteinwirkung binden die Phytochrom- und Cryptochrom-Photorezeptoren an den COP1/SPA-Komplex; dies führt über mehrere Mechanismen zu seiner Inaktivierung und damit zur Stabilisierung der Transkriptionsfaktoren. Während COP1 auch im menschlichen Genom vorkommt und auch dort eine sehr wichtige - aber lichtunabhängige - E3 Ligase kodiert, sind SPA-Gene im Laufe der Evolution photosynthetischer Organismen entstanden. Daher liegt die Vermutung nahe, dass SPA-Gene evolvierten, um die Aktivität von COP1 unter die Kontrolle des Lichts zu stellen, einem primär für Pflanzen essentiellen Umweltfaktor. Hier werden wir die molekularen Mechanismen definieren, über die Photorezeptoren, insbesondere die Blaulicht-wahrnehmenden Cryptochrome, die COP1/SPA-Aktivität hemmen. Weiterhin werden wir die molekularen Mechanismen untersuchen, die die funktionelle Spezifität der SPA-Proteine bewirken. Dies schließt eine Identifikation von Interaktionspartnern mittels proximity labeling ein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen