Identifizierung und Charakterisierung von Transportern im Biosyntheseweg des pflanzlichen Naturstoffs Vinblastin

• Antragstellerin: Dr. Ling Chuang
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559977563

Pflanzliche Naturstoffe (PNS) sind eine wertvolle Quelle für wichtige Arzneimittel. Die Biosynthese von PNS weist eine komplexe räumliche Regulierung auf, bei der verschiedene Schritte der Synthese und Speicherung in spezifischen subzellulären, zellulären und Gewebekompartimenten lokalisiert sind. Dies erfordert den Transport von Zwischenstufen und Produkten durch die Zellmembranen, doch die Proteine, die diesen Transport durchführen, sind noch weitgehend unbekannt. Ziel des Projekts ist die Identifizierung und Charakterisierung der Transporter, die an der Biosynthese des Krebsmittels Vinblastin beteiligt sind, das von der Pflanze Madagaskar-Immergrün (Catharanthus roseus) produziert wird.Vinblastin ist seit den 1960er Jahren für die Behandlung von lymphatischer Leukämie zugelassen. Trotz umfangreicher Bemühungen im Bereich der Synthetik und der synthetischen Biologie ist C. roseus nach wie vor die einzige bekannte kommerzielle Quelle für Vinblastin, für die seit 2019 Engpässe gemeldet werden. Die Biosynthese von Vinblastin, dem Dimerisierungsprodukt der Monoterpen-Indolalkaloid (MIA)-Vorstufen Catharanthin und Vindolin, ist weitgehend aufgeklärt. Die Herstellung von Vinblastin auf der Grundlage synthetischer biologischer Ansätze führt jedoch immer noch zu niedrigen Titern. Die im letzten Jahr veröffentlichten Einzelzell-RNA-Sequenzierungsdaten von C. roseus zeigen, dass die Biosynthese von Vinblastin in drei verschiedenen Blattzelltypen stattfindet, und geben Aufschluss über die Zwischenprodukte, die wahrscheinlich transportiert werden. Die Mechanismen der Translokation sind jedoch noch unbekannt. Das Verständnis der Transportprozesse in C. roseus wird die Grundlage für die biotechnologische Nutzung von Transportproteinen zur Verbesserung der Vinblastinproduktion in heterologen Wirtsorganismen bilden. Dieses Projekt wird sich auf die Entdeckung der Transportproteine konzentrieren, die für die interzelluläre Bewegung dieser Moleküle verantwortlich sind, um ein vollständiges Bild davon zu erhalten, wie Vinblastin-Zwischenprodukte zwischen den drei genannten Zelltypen bewegt werden. Ich habe vielversprechende Transporterkandidaten aus den veröffentlichten Einzelzell-Transkriptomdaten durch Koexpressionsanalyse identifiziert. Diese Kandidaten werden exprimiert und mit den vorhergesagten Substraten unter Verwendung von Xenopus-Oozyten getestet, die sich als robuste Plattform für die Expression von Pflanzentransportern bewährt haben. Die Transportaktivität in und aus den Oozyten wird mittels Massenspektrometrie analysiert. Die Ergebnisse des Projekts werden nicht nur die Grundlage für die Optimierung der Bioproduktion von Vinblastin bilden, sondern auch für andere biosynthetisch verwandte MIAs, die pharmazeutisch relevant sind. Da die Transportmechanismen für viele Biosynthesewege von pflanzlichen Naturstoffen noch unbekannt sind, wird diese Arbeit außerdem grundlegende Einblicke in den Transport von PNS liefern.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle