Die Rolle des Persulfidstoffwechsels in Signalprozessen und der Pathogenantwort bei Pflanzen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Tatjana Hildebrandt
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426095238

Sulfid spielt als gasförmiges Signalmolekül eine Rolle bei der Regulation verschiedener physiologischer Prozesse wie z.B. des Blutdrucks bei Säugetieren sowie der Autophagie und des Öffnens von Spaltöffnungen bei Pflanzen. Einige dieser Funktionen werden durch Persulfide vermittelt, die im Zuge einer als Sulfhydrierung bezeichneten posttranslationalen Modifikation an Proteine binden. Die physiologische Funktion dieser Modifikation ist noch nicht aufgeklärt und auch die an der Sulfhydrierung und De-Sulfhydrierung beteiligten biochemischen Mechanismen sind weitgehend unverstanden. Ein genetischer Defekt des Persulfid-oxidierenden Enzyms, der Schwefeldioxigenase ETHE1, verursacht beim Menschen die tödlich verlaufende Stoffwechselstörung Ethylmalonsäure Encephalopathie. Bei Pflanzen ist ETHE1 Teil eines mitochondrialen Stoffwechselweges zum Abbau der schwefelhaltigen Aminosäure Cystein. Knockdown der Schwefeldioxygenase führt zu einer Störung der Aminosäurehomöostase, frühzeitiger Blattalterung und konstitutiver Aktivierung von Pathogenabwehrreaktionen. Da die ETHE1-defizienten Pflanzen deutlich erhöhte Persulfidkonzentrationen haben, sind diese Effekte wahrscheinlich auf eine Fehlregulation Persulfid-vermittelter Signalprozesse zurückzuführen. Eine erhöhte Pathogenresistenz wurde auch in der Linie des-1-1 beobachtet, die eine Störung im cytosolischen Cysteinabbau aufweist. Im Rahmen dieses Projektes werden wir Metabolit- und Proteomprofile der ETHE1 Knockdown-Pflanzen analysieren und mit Daten der des1-1 Linie vergleichen um die an diesem Signalprozess beteiligten Transmitter und Rezeptoren zu identifizieren. Das Sulfhydrierungsmuster soll mittels einer massenspektrometrischen Methode ermittelt werden, die es ermöglicht, sowohl die Gesamtheit aller sulfhydrierten Proteinen in einer Probe als auch den Sulfhydrierungsgrad der einzelnen Proteine zu bestimmen um Rückschlüsse auf ihre Regulation zu ziehen. Durch Kreuzung mit Linien, die Defekte in bereits bekannten zentralen Schritten der Pathogenabwehr aufweisen, soll darüber hinaus die Rolle von Persulfiden bei der Aktivierung einer Immunreaktion untersucht werden. Alle neu gewonnen Erkenntnisse werden schließlich in einem revidierten Modell der pflanzlichen Pathogenantwort zusammengefasst. Ziel dieses Projektes ist es, zum besseren Verständnis von Persulfid-vermittelten Signalprozessen und Sulfhydrierung als posttranslationaler Modifikation beizutragen. Außerdem sollen Erkenntnisse zur Regulation des Cysteinkatabolismus in Pflanzen gewonnen werden, um zu verstehen, wie das Gleichgewicht zwischen effektiver Pathogenresiszenz und hoher Produktivität optimiert werden kann als Voraussetzung für die Entwicklung pathogenresistenter Nutzpflanzen ohne Ertragseinbußen. Da die Schwefeldioxygenase ETHE1 auch in Tieren vorhanden ist könnten einige Aspekte des Schwefelkatabolismus stark konserviert sein und die aus Pflanzen gewonnen Erkenntnisse auch Relevanz für die Behandlung von Krankheiten beim Menschen haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen