Analyse der molekularen Interaktionen des mitochondrialen Glutaredoxins S15 in Pflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Meyer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406708156

Viele Stoffwechselwege und zelluläre Prozesse sind abhängig von der Funktion von Eisen-Schwefel (Fe-S) Proteinen, deren Cofaktoren über spezifische Synthesewege im Cytosol, in Plastiden und in Mitochondrien zusammengebaut werden. Beispiele für Fe-S Proteine finden sich in den photosynthetischen und respiratorischen e--Transportketten und werden für die Assimilation von Schwefel und Stickstoff sowie die Synthese von Biotin und Liponsäure benötigt. Der Einbau der Fe-S Cluster (ISC) in Proteine erfordert zunächst eine Assemblierung der ISC auf Gerüstproteinen und den anschließenden Transfer auf Zielproteine unter Beteiligung verschiedener Maturierungsproteine, u. a. Klasse II Glutaredoxine (GRX). Der Nachweis, dass GRXS15 mit Hilfe von Glutathion einen [2Fe-2S] Cluster koordiniert und der Cluster auf Zielproteine übertragen werden kann, zusammen mit dem Nachweis, dass Nullmutanten für das mitochondriale GRXS15 Embryo-letal sind, hat einen Beleg für die essentielle Rolle von GRXS15 im ISC-Transfer erbracht. Diese Beobachtung eröffnet neue Wege zum molekularen Verständnis der Assemblierung mitochondrialer Fe-S Proteine. Das Projekt zielt darauf ab, die Rolle des GRXS15 im ISC-Transfer auf Zielproteine in Arabidopsis zu verstehen. Die biochemischen, spektroskopischen und strukturellen Analysen von GRXS15 Holoproteinen, die in vitro rekonstituiert werden können, werden die Bestimmung des Oligomerisationszustands und der Natur der zusammengebauten ISCs ermöglichen. Auf der Basis struktureller Abgleiche und gezielter Mutagenese sowie kombinatorischer Ansätze werden neue Erkenntnisse über Struktur-Funktionsbeziehungen dieser GRX Isoform und anderer Proteine derselben Klasse gewonnen. Die Eigenschaften dieser Proteinvarianten werden bestimmt (i) durch die Analyse ihrer Fähigkeit ISC zu binden und dessen Stabilität, (ii) durch genaue Untersuchung der Protein-Protein Interaktionen mit bekannten und neu identifizierten Partnerproteinen, (iii) mittels heterologer Expression in Hefemutanten ohne mitochondriales Grx5 und (iv) durch Untersuchung ihrer möglichen Redoxaktivität mit Hilfe von in vitro Assays mit roGFP2 und Tests zu Bestimmung der Sensitivität gegenüber Oxidation. Aufbauend auf der partiellen Rettung von grxs15 Nullmutanten durch Expression heterologer GRX oder mutiertem GRXS15, sollen die daraus resultierenden Phänotypen genauer analysiert werden. Dazu soll untersucht werden, ob diese Phänotypen auf spezifischen Defekten in Fe-S Proteinen beruhen und ob eine starke Begrenzung des mitochondrialen ISC-Transfers auf mitochondriale Proteine beschränkt bleibt, oder sich auch auf cytosolische Metalloenzyme auswirkt. Dies könnte möglich sein, weil eine noch unbekannte mitochondriale Schwefel-haltige Verbindung exportiert werden muss, um die Maturierung cytosolischer und nukleärer Proteine zu ermöglichen und weil die Synthese des Molybdän-Cofaktors, der in mehreren cytosolischen Fe-S Proteinen vorhanden ist, ein mitochondriales Fe-S Protein benötigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Nicolas Rouhier