Biochemische Eigenschaften und physiologische Bedeutung von pflanzlichen Inositolhexakisphosphat-Kinasen

• Antragsteller: Professor Dr. Gabriel Schaaf
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 361089095

Inositolpyrophosphate haben wichtige regulatorische Funktionen in Amöben, Säugetieren und Pilzen, obwohl der genaue Wirkmechanismus dieser Moleküle in den meisten Fällen noch umstritten ist. Unsere Arbeiten in Arabidopsis zeigen, dass die Inositolpyrophosphate InsP7 und InsP8 in pflanzlichen Extrakten klar nachweisbar sind und dass es aufgrund des ubiquitären Vorkommens von InsP8-Synthetase-kodierenden Genen in allen bisher untersuchten Pflanzengenomen wahrscheinlich ist, dass diese Moleküle wichtige Funktionen haben. Unsere Arbeiten zeigen, dass VIH2-abhängiges InsP8 ein wichtiger Kofaktor des COI1-JAZ-Jasmonat-Rezeptorkomplexes ist und damit eine wichtige Rolle bei der pflanzlichen Abwehr gegen herbivore Insekten und nekrotrophe Pilze spielt. Stimulus-induzierte Bildung und Binden an einen zellulären Rezeptor weisen darauf hin, dass es sich bei InsP8 um einen sekundären Botenstoff handelt, der die Jasmonat-abhängige Signaltransduktion reguliert. Dennoch bleiben viele Aspekte der Biologie von Inositolpyrophosphaten ungeklärt: Zum Beispiel sind die Funktionen von InsP7 und die Isomer-Identitäten sowohl von InsP7 (6 mögliche Isomere) als auch von InsP8 (15 mögliche Isomer) unbekannt. Dafür gibt es die folgenden drei Gründe: i) die Gehalte an diesen Metaboliten sind zu gering für konventionelle NMR-Analyse; ii) Standardmethoden, wie z.B. Trennungen durch PAGE/Toluidin und SAX-HPLC von [3H]-myo-Inositol-markierten Pflanzen erlauben keine Isomerentrennung, und iii) Enzyme, die für die Biosynthese von InsP7 verantwortlich sind, konnten (bis zu unseren noch nicht publizierten Arbeiten diesbezüglich) noch nicht identifiziert werden, da pflanzliche Genome nicht für Kinasen der IP6K/Kcs1-Proteinfamilie kodieren, die in Amöben, Säugern und Hefe beschrieben wurden.Um diese und andere offenen Fragen zu adressieren, werden wir in diesem Vorhaben die folgenden 3 spezifischen Ziele verfolgen:(I) Die biochemischen Eigenschaften von zwei durch meine Arbeitsgruppe vor kurzem identifizierte InsP6 Kinasen (AtInsP6K1 and AtInsP6K2) zu erforschen und die Isomer-Identität von pflanzlichem InsP7 und InsP8 aufzuklären (II) Die Rolle von pflanzlichen Homologen dieser von uns identifizierten pflanzlichen InsP6 Kinase- aufzuklären, die keine InsP6 Kinaseaktivität besitzen und gerichtete Evolutionsexperimente mit einem dieser Proteine durchzuführen, um den Mechanismus der pflanzlichen InsP6 Kinase-Reaktion eingehend zu untersuchen(III) Den Wirkmechanismus zu untersuchen, der unserer nicht publizierten Beobachtung zu Grunde liegt, dass Auxin-Erkennung in Arabidopsis stark von der Funktion von AtInsP6K1 (und damit wahrscheinlich von InsP7) und nicht von der Menge globaler InsP6-Gehalte abhängt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen