Charakterisierung des molekularen Netzwerks für die Instandhaltung des Nukleotidpools in Pflanzen

• Antragsteller: Dr. Marco Herde
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471841140

Eine Reihe von Proteinen mit derzeit unbekannten Funktionen sind vermutlich an der Beseitigung von Metaboliten beteiligt, die durch chemische oder enzymatische "Unfälle" entstanden sind. Die in vivo-Charakterisierung dieser Enzyme stellt eine analytische Herausforderung dar, da die involvierten geschädigten Metabolite selten sind, und ihre Detektion insbesondere durch eine komplexe Pflanzenmatrix erschwert wird. Da viele dieser Metabolite jedoch vermehrt als Folge von abiotischem Stress, wie Hitze oder Trockenheit, entstehen, können Mechanismen zu ihrer Beseitigung zur Stressresistenz beitragen und sind daher von großem Interesse.Wir haben kürzlich ein Verfahren für die hochsensitive Analyse von Nukleotiden entwickelt, das es ermöglicht, geschädigte Nukleotide in Pflanzen zu detektieren und quantifizieren. Wir beabsichtigen hiermit die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die zur Beseitigung geschädigter Nukleotide beitragen.Zwei verschiedene metabolische Wege sollen umfassend untersuchen werden und die gewonnenen Erfahrungen sollen dabei helfen neue geschädigte Nukleotide zu identifizieren, die unter anderem unter Stressbedingungen auftreten. Im ersten Teilprojekt wird die Entfernung von Inosin-(Desoxy)-Triphosphat ((d)ITP) untersucht, welches nach dem Einbau in RNA bzw. DNA die Translation bzw. die Präzision der Replikation beeinträchtigt. Wir werden ein Enzym untersuchen, das (d)ITP in den kanonischen Metaboliten Inosinmonophosphat umwandelt und Veränderungen in der DNA und RNA von Mutanten beobachten, denen dieses Enzym fehlt. Darüber hinaus wird ein weiteres Enzym identifiziert und charakterisiert, das irrtümlich eingebautes dITP aus der DNA entfernt. Zusätzlich wird der metabolische Verbleib des Produkts aus dieser enzymatischen Reaktion untersucht.In einem weiteren Teilprojekt wird der vollständige Katabolismus eines Oxidationsproduktes untersucht, das aus (Desoxy)Guanosintriphosphat gebildet wird. Wir vermuten, dass Enzyme, die im Katabolismus von kanonischen Metaboliten mitwirken, auch eine oxidierte Version des kanonischen Metaboliten umsetzen. Wir werden eine Kombination aus genetischer Analyse, Biochemie und Metabolitmessungen verwenden, um den Metabolismus dieses geschädigten Nukleotids vollständig zu beschreiben, einschließlich des metabolischen Verbleibs der Nukleobase, die als Folge von DNA-Reparaturmechanismen freigesetzt wird.Im letzten Teil dieses Vorhabens werden wir verschiedene Techniken zur Anreicherung von geschädigten Nukleotiden und Nukleosiden in Pflanzenextrakten etablieren und deren Nachweis durch Massenspektrometrie verbessern. Hier werden Strategien wie Isotopenmarkierung und bioinformatische Verfahren (Netwerkanalyse) eingesetzt, um den Raum der in Pflanzen bekannten Metabolite zu erweitern, insbesondere in Bezug auf Nukleotide und Nukleoside.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen