Untersuchung der Regulation des mitochondriellen Metabolismus in Pflanzen und deren Einfluss auf die zytosolisch-nukleäre NAD Signalgebung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Iris Finkemeier; Professorin Dr. Veronica Maurino; Professor Dr. Markus Schwarzländer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289357231

Mitochondrien dienen vielen komplexen Organismen als Energieumwandler und sind Teil des zellulären metabolischen Netzwerks. Der mitochondrielle Metabolismus ist in Pflanzen besonders flexibel und kann schnell zwischen verschiedenen Programmen wechseln um veränderliche Umweltbedingungen zu integrieren. In der vorherigen Projektphase haben wir physiologische Dynamik und Regulationsmechansimen untersucht, die dazu dienen den mitochondriellen Stoffwechsel im Licht-Dunkel-Wechsel umzustellen. Dabei haben wir den mitochondriellen Malatstoffwechsel als Hotspot der ‚Fernlenkung‘ des zytosolisch-nukleären NAD Statuses identifiziert. Dieser Mechanismus hat nicht nur für den Stoffwechsel Implikationen, sondern auch für die Signaltransduktion. In der zweiten Phase dieses Kooperationsprojektes werden wir die Rolle des zytosolisch-nukleären NAD Status als Bindeglied zwischen metabolischer Flexibilität der Mitochondrien und der Reprogrammierung der nukleären Genexpression untersuchen. Durch die Bündelung komplementärer Expertise dreier Arbeitsgruppen werden wir den Fragen nachgegen (1) wie genau mitochondrieller Metabolismus den cytosolisch-nukleären NAD Status moduliert und (2) welchen Einfluss NAD Signaturen mitochondriellen Ursprungs auf die nukleäre Genexpressionskontrolle haben. Konkret werden wir die Kapazität der mitochondriellen Malatdehydrogenasen (mMDH) und der NAD-Malatenzyme (NAD-ME) variieren, um den metabolischen Fluss zwischen den Zellkompartimenten umzuleiten. Um zu verstehen welche Mechanismen den zytosolischen NAD Status physiologisch beeinflussen, werden wir die Regulation von mMDH und NAD-ME durch posttranslationale Modifikationen und Interaktionspartner untersuchen. Den Einfluss des umgeleiteten metabolischen Flusses auf den zytosolisch-nukleären NAD Status werden wir mittels in vivo Biosensing dynamisch vermessen. Hierfür haben wir Licht-Dunkel Wechsel und Elicitoren als externe Stimuli identifiziert, die besonders starken Einfluss auf den NAD Status haben. Durch das Monitoring sowohl von NADH/NAD+ also auch NAD+ Konzentration werden wir in vivo NAD Signaturen mit hoher Präzision definieren können, und so die Untersuchung von NAD Siganlling durch einen transkriptomischen Ansatz ermöglichen. Hierbei werden wir uns auf die nukleäre NAD-abhängige Deacetylase Sirtuin 1 als potentiellen epigenetischen Integrator der NAD Dynamik fokussieren. Hierdurch soll eine bisher unverstandene Schnittstelle zwischen metabolischer Flexibilität des Mitochondriums und der pflanzlichen Akklimatisierung beleuchtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen