Funktionelle Charakterisierung von AtCPSFL1-abhängiger Thylakoid Biogenese

• Antragsteller: Dr. Alexander Paul Hertle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452589609

Photosynthese benennt den biologisch essentiellen Prozess der Umwandlung von Licht, Wasser und CO2 in energiereiche organische Moleküle und Sauerstoff. Bei Pflanzen ereignen sich die Lichtreaktionen der Photosynthese in den Thylakoiden, einem extensiven Membransystem innerhalb der Chloroplasten. Während die molekulare Zusammensetzung dieser Membran großen Teils entschlüsselt ist, sind die Mechanismen zur Membranbildung weitgehend spekulativ. Kürzlich gelang mir die Entdeckung, dass das Protein CHLOROPLAST LOCALIZED SEC FOURTEEN LIKE (CPSFL1) für die Chloroplasten- und Thylakoidentwicklung essentiell ist. Vertreter der eukaryotischen Sec14 Protein-Superfamilie regulieren Vesikeltransportprozesse zwischen multiplen Membransystemen und wurden nach der primären Funktion eines ihrer Mitglieder im Secretory Pathway benannt. Sec14 Proteine vermitteln eine Umverteilung und Akkumulierung von Signallipiden in bestimmten Membransubdomänen, welches zur Folge hat, dass zum einen Änderungen der biochemischen Eigenschaft der Membran auftreten und zum anderen Effektorproteine mit weiteren Funktionen im Membrantransportprozess rekrutiert werden. Die Rolle eines plastidär lokalisierten Sec14 Homologs bei der Chloroplastenentwicklung legte eine Funktion dieses Proteins beim plastidären Vesikeltransport nahe. Diese Annahme wurde durch genetische und biochemische Untersuchungen weitgehend unterstützt. Die genaue Funktionsweise von CPSFL1 bei der Chloroplastenentwicklung und plastidärem Vesikeltransport blieb jedoch zu klären. Als DFG Antragsteller möchte ich deshalb mit einem sich ergänzenden, interdisziplinären Arbeitsprogramm die molekulare Funktion von CPSFL1 bei der Chloroplastenentwicklung aufschlüsseln. Mit diesem Programm soll zum einen die molekulare Zusammensetzung von Chloroplastenvesikeln bestimmt werden. Zudem soll untersucht werden welche Lipide von CPSFL1 in vivo gebunden und transportiert werden und welchen Einfluss CPSFL1 auf die Lipidzusammensetzung der Chloroplasten und der pflanzlichen Lipidhomöostase hat. Mittels Charakterisierung der molekularen Interaktionen von CPSFL1 mit anderen Proteinen soll der mechanistische und regulatorische Einfluss von CPSFL1 auf die Membranbiogenese aufgeklärt werden. Vorarbeiten konnten zeigen, dass heterologe CPSFL1-Expression bei E.coli auch zu Veränderungen im Lipidtransport führt. Deswegen soll ergänzend die molekulare Funktion von CPSFL1 bei diesem heterologen Organismus untersucht werden. Zusammen sind die vorgeschlagenen Experimente darauf ausgerichtet, die molekulare Funktion von Sec14 Proteinen bei Membrantransportprozessen generell näher zu untersuchen und speziell herauszufinden, welche Funktion CPSFL1 bei der Chloroplastenentwicklung hat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen