Untersuchung der durch Sulfurtransferase vermittelten Persulfidierung in pflanzlichen Mitochondrien

• Antragstellerin: Dr. Anna Moseler
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539230919

Zahlreiche Beobachtungen in den letzten Jahren deuten darauf hin, dass Schwefelwasserstoff (H2S) bei der zellulären Signalübertragung eine ebenso wichtige Rolle spielt wie andere gasförmigen Moleküle, beispielweise Stickstoffmonoxid (NO). Die Signalübertragung durch H2S erfolgt über die Persulfidierung kritischer Cysteinreste und Cysteinpersulfide wurden sowohl in freiem Cystein, in kleinen Peptidmolekülen wie Glutathion, sowie in Proteinen gefunden. Die Persulfidierung von Proteinen als reversible posttranslationale Modifikation reguliert und schützt die Zielproteine. Der Prozess wurde bereits mit verschiedenen physiologischen Prozessen assoziiert, die von abiotischer und biotischer Stressantwort über die Pflanzenentwicklung bis hin zur Spaltöffnungs-Bewegung reichen. Exogene Applikation von H2S hat positive Auswirkungen auf die Keimung und den Pflanzenertrag, was auf eine mögliche Relevanz für die Nutzpflanzenproduktion hinweist. Trotz dieser zunehmend wahrgenommenen Bedeutung, sind zentrale Fragen zur Proteinpersulfidierung unklar. Wir verstehen beispielsweise nicht, wie H2S intrazellulär produziert wird und ob die nachgeschaltete Persulfidierung nicht-enzymatisch über H2S oder enzymatisch durch entsprechende Persulfidasen erfolgt. Ein Enzym, das an der Persulfidierung von Proteinen oder niedermolekularer Molekülen beteiligt ist, ist die 3-Mercaptopyruvat-Sulfurtransferase (MST). Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, durch eine Kombination von genetischen, physiologischen und biochemischen Ansätzen zu verstehen, wie MST zur Persulfidierung in Arabidopsis-Mitochondrien beiträgt. Wir werden die dafür verantwortlichen Prozesse funktionell charakterisieren, von denen angenommen wird, dass sie mit der Transaminierung von Cystein beginnen, um 3-Mercaptopyruvat zu produzieren. 3-Mercaptopyruvat wird dann von der 3-Mercaptopyruvat-Sulfurtransferase 1 (MST1) verwendet, in der wir eine Schlüsselrolle für entweder die H2S-Produktion oder die direkte Persulfidierung von Molekülen sehen. Um dies zu untersuchen, soll zunächst die Cystein-Transaminase identifiziert und charakterisiert werden. Das zweite Ziel ist es zu untersuchen, ob die Funktion von MST1 der H2S-Produktion oder eher der direkten Persulfidierung von Molekülen gewidmet ist. Darüber hinaus werden wir analysieren, ob eine Störung der mitochondrialen Sulfid-Homöostase im Zusammenhang mit der vermuteten MST-Funktion zu ausgeprägten Phänotypen führt. Zusammenfassend wird diese Arbeit einen Rahmen für das Verständnis der potenziellen Rolle der MST-vermittelten Persulfidierung schaffen und dazu beitragen, den Transfer von Schwefel in miteinander verbundenen Stoffwechselwegen zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen