Funktionelle Charakterisierung des Metabolismus freier Sphingobasen und der Rolle von Sphingobasen im programmierten Zelltod von Pflanzen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Frank Waller
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290163576

Sphingolipide sind wichtige Komponenten eukaryotischer Zellmembranen. Sie sind aus einer Fettsäure und einer Sphingobase zusammengesetzt, die durch eine Kopfgruppe, z.B. eine Phosphatgruppe, modifiziert sein kann. In tierischen Organismen wurde gezeigt, dass Sphingobasen und -lipide intra- und interzelluläre Signalstoffe darstellen, die eine wichtige Rolle in der Entwicklung, der Antwort auf Stress, sowie der Regulation des programmierten Zelltods spielen.In Pflanzen induzieren erhöhte Konzentrationen freier Sphingobasen Zelltod, der typische morphologische Kriterien des programmierten Zelltodes aufweist. Die Zelltodinduktion durch Sphingobasen hängt von spezifischen Signaltransduktions-komponenten ab. Die funktionelle Beteiligung der Sphingolipidhomöostase an Zelltodreaktionen zeigt sich auch in Zelltod-assoziierten Phänotypen von Arabidopsis Mutanten des Sphingolipidmetabolismus.In eigenen Experimenten konnten wir zeigen, dass der nach Pathogen-Erkennung sukzessiv eingeleitete programmierte Zelltod in Arabidopsis mit erhöhten Spiegeln der freien Sphingobase Phytosphingosin (t18:0) korreliert, und dass dieser Anstieg dem Zelltod vorausgeht. Diese Ergebnisse führten zur Hypothese, dass freie Sphingobasen eine Rolle als Signalmoleküle in der Regulation von Zelltod in Pflanzen spielen könnten.Um diese Hypothese zu überprüfen sollen im geplanten Projekt zwei komplementäre Ansätze verfolgt werden: Erstens, die Analyse von Mechanismen, die die Spiegel freier Sphingobasen kontrollieren, und, zweitens, die Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von Genen, deren Transkripte spezifisch während des Sphingobasen-induzierten Zelltods reguliert sind.Für die Aufklärung der Regulation der Spiegel freier Sphingobasen stehen sowohl Arabidopsis Mutanten mit Defekten in spezifischen Schritten des Sphingobasen-Metabolismus, als auch transgene knock-down und überexprimierende Linien mit induzierbaren Promotoren zur Verfügung. In diesen können die Spiegel freier Sphingobasen in planta manipuliert und die resultierenden Phänotypen untersucht werden, u.a. in physiologischen Tests (z.B. Zelltodassays), und durch Quantifizierung von Sphingobasen und -lipiden mittels hochauflösender Massenspektroskopie gekoppelt mit Flüssigkeitschromatographie.Ein komplementärer Ansatz dient der Identifizierung von Transkripten, die während der Sphingobasen-induzierten Auslösung des programmierten Zelltods spezifisch reguliert sind. Die nachfolgende funktionelle Untersuchung ausgewählter identifizierter Transkripte dient der Aufklärung von Signaltransduktionswegen der Zelltodregulation, die bisher in Pflanzen nur fragmentarisch bekannt sind.Die beiden funktionellen Ansätze, die sich auf Arabidopsis-Linien mit manipulierbarer Expression von Genen des Sphingobasenmetabolismus stützen können, sollen so zu einem besseren Verständnis der Regulation des Zelltods in Pflanzen sowie des Metabolismus freier Sphingobasen und ihrer möglichen Rolle als Signalstoffe führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Agnes Fekete