Die Funktion des 2-Cys Prx und PrxIIE bei der Wahrnehmung und Verarbeitung von Redoxsignalen im Chloroplasten

• Antragsteller: Professor Dr. Karl-Josef Dietz; Privatdozent Dr. Hans-Peter Mock; Dr. Mark Aurel Schöttler
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 81631128

Peroxiredoxine (Prx) sind konstitutiver Teil des zellulären Dithiol-Disulfid-redoxregulatorischen Netzwerks. Wir postulieren, dass Prx-e eine Funktion als Redoxsensoren erfüllen und Anpassungsreaktionen der Pflanzen kontrollieren. Das plastidäre 2-Cystein Peroxiredoxin (2-CysPrx) nimmt mindestens fünf verschiedene Konformationen in Abhängigkeit seines Redoxzustands ein und schaltet parallel zwischen der Funktion als Peroxidase und Chaperon. Darüber hinaus gibt es Evidenz, dass 2-CysPrx als proximity-based Thioloxidase fungieren kann, wenn das Sulfensäureintermediat des katalytischen Cys stabilisiert ist. D.h. es kann benachbarte Thiole in Proteinen oxidieren. Das 2-CysPrx ist ebenso wie das PrxIIE im Chloroplastentroma lokalisiert. Auch für das PrxIIE gibt es zunehmend Hinweise, dass seine Funktionen durch posttranslationale Mechanismen kontrolliert werden. In der vorigen Förderperiode konnten u.a. acht Varianten des 2-CysPrx hergestellt und detailliert charakterisiert werden, die in spezifischen Konformationszuständen fixiert sind. Beispielsweise mimikriert das Einführen einer negativen Ladung an der Stelle des peroxidativen Cys die überoxidierte From. Diese Variante verfügt über keine Peroxidaseaktivität und ist stattdessen ein Chaperon. Das Projekt zielt darauf, die Funktionen des 2-CysPrx und PrxIIF in der antioxidativen Abwehr, der Redox- und Proteinhomöostasis, sowie der zelluläre Signalprozessierung aufzuklären. Hierzu werden ausgewählte Proteinvarianten in den genetischen Hintergrund des Wildtyps und/oder der 2-cysprx2-knockdown-Linie unter der Kontrolle des endogenen Promoters eingebracht, um die verschiedenen Funktionen zu unterscheiden. Diese Linien werden auf der Ebene der Photosynthese, des Redoxproteoms, ihrer Transkriptregulation und der Stessanpassung untersucht werden. Die in vivo-Analysen werden durch in vitro-Ansätze mit dem Ziel komplementiert, Interaktionspartner und Substrate der proximity-based Thioloxidation zu finden. Schließlich wird ex vivo nach posttranslationalen Modifikationen gesucht werden, die die Überoxidation des 2-CysPrx im circadianer Rhythmus erleichtern könnten. Als Fortsetzungsantrag baut das Projekt auf den Ergebnissen der ersten Förderperiode auf und integriert zusätzlich die Expertisen der Arbeitsgruppen von Dr. Hans-Peter Mock zur Proteomik und Dr. Mark Aurel Schöttler zur Untersuchung der photosynthetischen Konsequenzen der Manipulation des 2-CysPrx und PrxIIE. Wir erwarten durch die vorgeschlagenen sieben Arbeitspakete grundlegend neue Erkenntnisse zur Funktion der Prx-e als Redoxsensoren und Signalvermittler mit Relevanz über das spezifische Pflanzensystem hinaus. Dadurch soll zusätzlich geklärt werden, warum das 2-CysPrx in der hohen Konzentration von ca. 100 µM im Stroma vorkommt, seine Funktion nicht komplett entbehrlich zu sein scheint und bei Pflanzen eng mit der oxygenen Photosynthese verknüpft ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Proteinchromatographieanlage
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher
• Beteiligte Person: Professor Dr. Bernhard Grimm