Decodierung von ROS Signalen in Nanodomänen der Plasmamembran

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Meyer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545516367

Viele Stressreaktionen und Entwicklungsprozesse sind mit der Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) verbunden. Wasserstoffperoxid (H2O2) oxidiert Protein-Thiole, entweder direkt oder indirekt über Transmitterproteine. Die reversible Proteinoxidation stellt eine wichtige posttranslationale Modifikation dar, die die Proteinfunktion während der zellulären Singaltransduktion reguliert. Kürzlich haben wir gezeigt, dass die GTPase ROP6 bei osmotischem Stress Nanodomänen in der Plasmamembran (PM) bildet, wo sie dann mit den NADPH-Oxidasen RBOHD/F Cluster bildet. Die Bildung von ROP6-Nanodomänen ist für die Produktion von ROS notwendig und ausreichend und wirkt sich letztendlich auf das Wachstum von Wurzelzellen aus. Weitere vorläufige Daten zeigen, dass von RBOH produziertes Superoxid schnell in H2O2 umgewandelt wird, das zumindest teilweise über Aquaporine in das Cytosol gelangt. Mithilfe ratiometrischen TIRF-Imagings des H2O2-Biosensors HyPer7 beschreiben wir H2O2-Hotspots im Cytoplasma direkt unterhalb der PM-Nanodomänen. Basierend auf diesen lokal erhöhten H2O2-Konzentrationen kann man sich vorstellen, dass bestimmte Thiol-haltige Proteine oxidiert und dadurch entweder in aktive oder inaktive Formen umgewandelt werden oder in ihrer Konformation verändert werden. Solche Konformationsänderungen können für unterschiedliche Protein-Protein-Wechselwirkungen von entscheidender Bedeutung sein. Um Spezifität in der Signalübertragung zu gewährleisten, besteht möglicherweise Bedarf an hochempfindlichen Redoxtransmittern, die die primäre Oxidation auf Zielproteine übertragen und dadurch mögliche kinetische Barrieren überwinden. In diesem Zusammenhang ist unsere Beobachtung, dass sich die PM-assoziierten Glutathionperoxidase-ähnlichen Proteine GPXL4 und 5 nach osmotischer Belastung ebenfalls in Nanodomänen anordnen, zusammen mit der Tatsache, dass GPXLs als Protein-Thioloxidasen fungieren können, äußerst interessant. Dies deutet darauf hin, dass die Bildung von H2O2-Hotspots am PM zusammen mit geeigneten Redoxtransmittern einen funktionalen Dekodierungsknotenpunkt für Redoxsignale darstellen könnte, an denen H2O2 beteiligt ist. Die Ziele des NanoROS-Projekts umfassen die Aufklärung der molekularen Zusammensetzung osmotisch induzierter Nanodomänen, die Aufklärung der Rollen von GPXL4 und GPXL5 sowie das Verständnis des Zusammenspiels zwischen H2O2-Signalisierung, cytosolischer Redoxregulation und Cytoskelettdynamik während des Zellwachstums. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir einen interdisziplinären Ansatz implementieren, der Molekularbiologie, hochauflösendes Imaging lebender Zellen und biochemische Analysen integriert. Zu den erwarteten Ergebnissen gehört ein tieferes Verständnis der molekularen Zusammensetzung von PM-Nanodomänen, ihres Einflusses auf die lokale cytosolische Redoxdynamik und ihrer funktionellen Rolle bei der Koordination zellulärer Reaktionen auf externe Reize.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Alexandre Martinière