Molekulare Untersuchung der Proteinfaltung und Qualitätskontrolle im Chloroplasten der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii

• Antragsteller: Professor Dr. Felix Willmund
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248903262

Pflanzliche Chloroplasten sind Orte komplexer biochemischer Prozesse, welche die Grundlagen fast allen Lebens auf unserem Planeten bilden. Trotz dieser essentiellen Rolle ist nur wenig über die Biogenese und die Aufrechterhaltung der Funktionalität plastidärer Proteine bekannt. Die Integration neu-synthetisierter Proteine in das plastidäre Proteom stellt eine besondere Herausforderung für die Zelle dar, da sich das plastidäre Proteom aus Kern- und Chloroplasten kodierten Proteinen zusammensetzt. Sogar innerhalb derselben Proteinkomplexes wie etwa dem Photosyntheseapparat oder RuBisCO finden sich Untereinheiten von verschiedener zellulärer Herkunft. Wie auch andere zelluläre Kompartimente, beherbergen Chloroplasten eine Familie molekularer Chaperone, welche vermutlich eine zentrale Rolle für diese so genannten Proteom-Homöostase spielen. Während diese Funktion in bakteriellen Systemen, dem eukaryotischen Zytosol, dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) und den Mitochondrien bereits gut verstanden ist, weiß man über die Rolle der Chaperone im Chloroplasten vergleichsweise wenig. Ziel dieses Antrages ist es, die offenen Fragen der Chloroplasten-Proteinbiogenese in zwei koherenten Projekten zu adressieren. lm ersten Projektteil soll die Funktion der einzelnen Chaperon-Komponenten bei der de novo Faltung plastidärer Proteine untersucht werden. Diese Analyse setzt sich aus systemweiten Betrachtungen wie z.B. der globalen Identifikation der Faltungssubstrate und dem so genannten ribosome profiling der im Chloroplasten lokalisierten Translationsmaschinerie und detaillierten biochemischen Untersuchung der einzelnen Mitglieder der Chaperon-Familie zusammen. Im zweiten Projektteil steht die Analyse plastidärer Mechanismen der Protein Qualitätskontrolle im Mittelpunkt. Hierfür soll die Handhabung intrinsisch instabiler Proteine, sowie die Bildung und Beseitigung von Protein-Aggregaten innerhalb des Chloroplastens untersucht werden. Im Fokus steht die Analyse der beteiligten Chaperone und weiterer Faktoren wie z.B. plastidäre Proteasen. Die Untersuchung dieses zentralen Themas dient dem Ziel, Prozesse zu verstehen welche die Funktionalität des plastidären Proteoms sowohl unter physiologischen Bedingungen, als auch unter Stress-Situationen aufrecht erhalten. Ein verbessertes Wissen über Prozesse der Proteinbiogenese in Pflanzen bildet ferner auch die Grundlage für biotechnologische Anwendungen wie der heterologen Proteinexpression im Chloroplasten und der Optimierung metabolischer Stoffwechselwege zur gezielten Produktion von biotechnologisch relevanten Substanzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, USA
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Udo Johanningmeier; Dr. Sebastian Pechmann; Professor Dr. Michael Schroda; Dr. Olivier Vallon