Regulation der Cystein-Partitionierung für die Translation und Stressantworten.

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Hell; Markus Wirtz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544882710

Der Schwefelstoffwechsel in Pflanzen ist von grundlegender Bedeutung aufgrund der Vielfalt an essentiellen Schwefelverbindungen. Viele Umweltänderungen resultieren in Anpassungen des Schwefelstoffwechsels, da Stressantworten durch Verbindungen wie Glutathion vermittelt werden. Die zentrale Schaltstelle dieses Stoffwechselwegs für die Metabolit- und Proteinsynthese ist das Cystein. Seine Syntheserate wird wesentlich durch den regulatorisch wirksamen Cystein-Synthasekomplex in Plastiden und dem Cytosol bestimmt. In früheren Arbeiten haben wir nachgewiesen, dass die genetische Herunterregulierung der Glutathion-Synthese zur Bereitstellung von Cystein führt, welches von der Pflanze für Proteinstranslation und Wachstum verwendet wird. In diesem Projekt soll untersucht werden wie die Partitionierung der bestimmenden Komponente Cystein an entweder wachstumsfördernde Bedingungen oder zur Stressbewältigung angepasst wird. Die Partitionierung soll experimentell durch limitierte Sulfatversorgung einerseits und erhöhten Cysteinbedarf für die Cadmium-induzierte Bildung von Glutathion bzw. Phytochelatinen andererseits umgelenkt werden. Die veränderte Partitionierung und Kompartiment-spezifische Proteinsynthese werden durch 35S tracing sowie Translatom- und steady-state Proteomics verfolgt. Wir erwarten, dass die Umsteuerung durch die dynamische Reorganisation der Cysteinsynthese in Plastiden und dem Cytosol erfolgt. Zur Simulation der Umsteuerung wurde ein neuartiges System entwickelt, in dem konstitutiv aktivierte Cystein-Synthasekomplexe den endogenen Steuerungsmechanismus ausschalten um eine Kompartiment-spezifische Überproduktion von Cystein auszulösen. In diesem Konzept wird der erhöhte Cysteinbedarf für durch Cadmiumstress-induzierte Glutathionsynthese durch de novo Synthese in den Plastiden vermittelt. Entsprechend wird der Mangel an Cystein aufgrund limitierter Sulfatversorgung durch Umsteuerung von der Glutathionsynthese in die Proteinbiosynthese kompensiert um das Wachstum aufrecht zu erhalten. Durch die Untersuchung dieser physiologisch und ökologisch relevanten Umweltbedingungen soll die grundlegende Bedeutung der Umsteuerung der Cystein-Partitionierung für Akklimatisierungen an Stress belegt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen