Zelluläre Anpassung und Signaltransduktion der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii unter anaeroben Bedingungen

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Anja Christine Hemschemeier
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235088911

In Abwesenheit von Sauerstoff (O2) müssen Aerobier ausreichend Energie in Form der ineffizienten Substratkettenphosphorylierung gewinnen und das Zellwachstum an eingeschränkte Biosynthesewege anpassen. Diese Anpassung wird sowohl durch Umstellung von Substrat- und Elektronenflüssen als auch durch differentielle Genexpression gewährleistet. In diesem Projekt soll untersucht werden, wie sich die einzellige Grünalge Chlamydomonas reinhardtii an die Stressbedingung der Anaerobiose auf metabolischer und Transkriptionsebene anpasst.Anhand von Genexpressionsmustern, die durch RNA-Sequenzierung anaerober Chlamydomonas-Zellen erstellt wurden, konnten zwei interessante Kandidatengene identifiziert werden. Eines der kodierten Proteine, THB8, gehört zur Familie der trunkierten Hämoglobine. Wir konnten bereits beobachten, dass eine post-transkriptionelle Reduzierung der THB8-Transkriptmenge zu einem stark eingeschränkten Wachstum von C. reinhardtii Transformanden unter hypoxischen Bedingungen im Licht sowie zur veränderten Expression einiger anaerober Markergene führt.Anhand des Phänotyps der Transformanden sowie der Tatsache, dass rekombinantes THB8 Stickstoffmonoxid (NO) bindet, postulieren wir momentan die Beteiligung von THB8 an einer NO-basierten Signaltransduktionskette. Die Expressionsmuster der THB8-knockdown Transformanden legen eine Verbindung zwischen einer normalen THB8-Expression und der anaeroben Induktion des CYG12-Gens nahe. CYG12 kodiert für eine Häm/NO-bindende Guanylatcyclase und war ebenfalls bereits in den RNA-Seq-Daten aufgefallen. In diesem Projekt soll die postulierte NO-abhängige Signalkette anhand der biochemischen und biophysikalischen Charakterisierung von THB8 und CYG12 sowie der physiologisch-genetischen Untersuchung von THB8- und CYG12-knockdown Stämmen analysiert werden. Im biochemischen Projektteil stehen dabei die Charakterisierung der prosthetischen Häm-Gruppen und der Bindung von Liganden wie NO sowie die Identifizierung von Interaktionspartnern im Vordergrund. Zusätzlich soll hier das Gärungsenzym Pyruvat:Ferredoxin Oxidoreduktase PFR1 charakterisiert werden. Vor dem Hintergrund der von anderen an der Gärung beteiligten Genen abweichenden differentiellen Expression des PFR1-Gens erhoffen wir uns Rückschlüsse auf eine besondere Rolle des Enzyms im anaeroben Stoffwechsel der Alge. Biochemische und biophysikalische Messungen sowie in vitro-Analysen der durch PFR1 katalysierbaren Reaktionen sollen helfen, die physiologische Funktion der PFR1 aufzudecken. Im physiologischen Projektteil sollen die THB8- und die noch zu generierenden CYG12-knockdown-Stämme bezüglich Physiologie und (NO-abhängiger) Genregulation in Anaerobiose charakterisiert werden. Ein wichtiger Aspekt des Projekts wird es sein, genomweite Transkriptprofile der Transformanden zu erstellen, um betroffene Gengruppen zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen