Aufbau und Biogenese cyanobakterieller Thylakoidmembranen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Nickelsen, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515047629

Die meisten photoautotrophen Bakterien enthalten ein ausgefeiltes intrazelluläres Membransystem, die Thylakoide. Diese internen Strukturen stellen Energie-transduzierende Membranen dar, die den photosynthetischen Elektronenfluss und die nachfolgende ATP Synthese vermitteln. Aktuelle Erkenntnisse legen nahe, dass die Biogenese und die strukturelle Dynamik dieser bioenergetischen Maschinerie sowohl auf räumlicher wie auf zeitlicher Ebene hochgradig geordnet sind. Wir konnten zum Beispiel vor kurzem zeigen, dass die Biogenese von Photosystem II (PSII) im Modellorganismus Synechocystis 6803 an Regionen initiiert wird, an denen Thylakoide konvergieren und tubuläre Strukturen ausbilden. Diese formen von Zeit zu Zeit Synapsen-ähnliche Kontakte mit der Plasmamembran, was zu der Bezeichnung „thylapse“ für diese Kontaktzonen geführt hat. Die Ausbildung dieser biogenen membranösen Subdomänen erfordert die Membran-formenden Faktoren CurT und AncM. Während CurT an den stark gekrümmten miteinander verbundenen tubulären Strukturen akkumuliert, die ein biogenes Netzwerk an der Zellperipherie bilden, lokalisiert AncM an distinkten Punkten des Systems und markiert „thylapse“ Regionen. Somit dienen beide Faktoren als bona fide Orientierungspunkte für die subzelluläre Organisation der Thylakoidmembran-Biogenese in Synechocystis 6803. Mit Hilfe einer Reihe von genetischen, biochemischen und verschiedenen mikroskopischen Methoden soll im Rahmen dieses Projekts die Wirkungsweise dieser Membran Subdomänen während der Biogenese von PSII untersucht werden. Basierend auf der Identifizierung von CurT und AncM sowie weiterer PSII Biogenese-Faktoren sollen insbesondere folgende zwei Fragen adressiert werden: (i) Was bestimmt die strukturelle Dynamik von biogenen Regionen? (ii) Wie sind sie funktional organisiert?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen