Funktionelle Analyse der Tau-Glutathion-S-Transferasen GSTU24 und GSTU25 in Arabidopsis

• Antragsteller: Dr. José Manuel Ugalde
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520823775

Glutathion-S-Transferasen (GST) sind ubiquitäre Enzyme die hauptsächlich zur Entgiftung xenobiotischer Verbindungen und oxidierter Moleküle beitragen. Durch wiederholte Genduplikationen sind in höheren Pflanzen große Familien verschiedener GSTs entstanden, die häufig in Tandems oder großen Genclustern im Genom angeordnet sind. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit einer funktionellen Redundanz was ihre individuelle funktionelle Charakterisierung zu einer großen Herausforderung macht. Arabidopsis thaliana besitzt 53 GSTs, die sich auf 7 Klassen aufteilen, von denen die pflanzenspezifischen GSTUs (tau) mit 28 Mitgliedern die größte Klasse darstellen. Mit wenigen Ausnahmen sind die GSTUs in drei Genclustern organisiert. GSTUs besitzen zwei GSH-abhängige Enzymaktivitäten: GSH-Bindung an das elektrophile Zentrum potenziell toxischer Verbindungen (GST-Aktivität) und eine Peroxidasefunktion für Lipidperoxide (GPOX-Aktivität). Darüber hinaus haben sie eine nicht-enzymatische Ligandinfunktion und können Fettsäuren binden. Unter allen GSTUs stechen GSTU24 und GSTU25 in standardisierten Assays mit den höchsten GST- und GPOX-Aktivitäten hervor, die andere GSTUs um den Faktor 1000 übertreffen. GSTU24 und GSTU25 sind zusammen mit GSTU26 in einem Gencluster (Cluster 1) angeordnet. In diesem Cluster sind GSTU24 und GSTU25 die am stärksten Stress-induzierten Gene, was auf eine mögliche Rolle bei der Stressabwehr schließen lässt. Dennoch gibt es bisher keinen eindeutigen Phänotyp für die entsprechenden Null-Mutanten. Eine neue gstu25 Mutante zeigt eine reziproke genetische Kompensation durch Hochregulierung anderer Cluster 1 GSTUs und überraschenderweise ein beschleunigtes Wachstum sowie eine erhöhte Resistenz gegenüber Methylviologen (MV)-induziertem oxidativen Stress. Dieses Projekt zielt darauf ab, die genetische Redundanz der GSTUs des Clusters 1 in Arabidopsis zu entschlüsseln, die hoch redundanten GSTU24 und GSTU25 zu charakterisieren und ihre kritischen Funktionen unter oxidativem Stress zu entschlüsseln. Dazu werden wir verschiede Genvarianten erzeugt, die in ihren GSH-abhängigen Funktionen defizitär sind. Diese mutierten Varianten werden auf ihre Fähigkeit getestet, einen GST-defizienten Hefestamm zu komplementieren, sowie die Arabidopsis tga256 Mutante, in der die Cluster 1 GSTUs nur eingeschränkt induziert werden und die deshalb einen klaren Phänotyp aufweist. Alle komplementierten Linien sowie Einzel- und Mehrfachmutanten werden auf ihre Toleranz gegenüber MV-induziertem oxidativen Stress getestet. Weitere funktionale Untersuchungen adressieren die subzelluläre Lokalisation der GSTUs und ihre Mobilität mit dem Ziel putative Ligandinfunktionen von enzymatischen Funktionen zu trennen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen