Translation und Translationsregulation in verschiedenen Kompartimenten von Pflanzenzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Christian M. T. Spahn
• Fachliche Zuordnung: Strukturbiologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416210002

Weil Pflanzen im Gegensatz zu den meisten anderen Eukaryonten nicht mobil sind, haben sie im Zuge der Evolution spezielle Adaptionsmechanismen erworben, um auf sich an eine dynamisch ändernde Umwelt anzupassen. Einer der fundamentalsten Prozesse zur Adaptation ist die schnelle Regulation der Genexpression, die in Pflanzen sehr stark auf dem Level der Translation von mRNA zu Protein ausgeübt wird. Strukturelle und mechanistische Studien zur Proteinbiosynthese haben sich bisher sehr stark auf die bakterielle Translation konzentriert, und seit kürzerem auch auf niedere Eukaryonten (Hefe) und Säuger. Im Vergleich dazu ist unser Wissen über die Proteinbiosynthese in Pflanzen spärlich. In Pflanzen findet Translation in drei verschiedenen Zellkompartimenten statt: Zytosol, Chloroplast und Mitochondrium. Jedes dieser Zellkompartimente verfügt über einen spezialisierten Translationsapparat mit unterschiedlichen Komponenten. Um die Spezifität und Diversität der Translation in Pflanzen aufzuklären und die strukturellen Grundlagen für ein Verständnis der spezialisierten Translationskontrollmechanismen zu legen, zielt dieser Projektantrag darauf ab, die Strukturen von pflanzlichen, aktiv-translatierenden, ribosomalen Komplexen aus Zytosol und Chloroplast in ihren wichtigsten Funktionszuständen mittels hochauflösender Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) zu lösen. In einem integrativen Ansatz sollen diese Strukturuntersuchungen mit Massenspektrometrie und ribosome profiling Analysen zusammengeführt werden, um zu einem umfassenden, interdisziplinären Verständnis von Translationsregulationsmechanismen in Pflanzen unter physiologischen Bedingungen zu kommen. Dies ist von großer Bedeutung, da die Modulation der Proteinsynthese in Pflanzen entscheidend für die Entwicklung, Anpassung an die Umwelt und Produktion von Biomasse in verschiedensten Ökosystemen und in der Landwirtschaft ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen