Die Rolle der Guanosin-Deaminase bei der Ureidproduktion in Knöllchen der Sojabohne und im Nukleotidkatabolismus von Arabidopsis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das primäre Ziel der geförderten Forschungsarbeiten war, die Rolle der Guanosin Deaminase (GSDA) in Pflanzen besser zu verstehen. Eine Ausgangsvermutung war, dass die GSDA neben Guanosin-Monophosphat (GMP) auch Adenosin-Monophosphat (AMP) den Zugang zum Purinnukleotidkatabolismus ermöglicht. Dies konnte nicht bestätigt werden, denn es ergaben sich klare Hinweise, dass Pflanzen ein bis dato unbekanntes Enzym - eine Xanthosin-Monophosphat-Phosphatase (XMPP) – besitzen, die ein Abbauprodukt des AMP (das XMP) direkt dem Purinnukleotidkatabolismus zuführen kann. Bei der metabolischen Charakterisierung einer Vielzahl von Mutanten im Purinnukleotidkatabolismus ergab sich zudem, dass Intermediate und Enzyme die in anderen Organismen (Säugern, Bakterien) wichtig sind (Inosin, Hypoxanthin, Hypoxanthin-Guanin- Phosphoribosyltransferase, Guanin-Deaminase), in Pflanzen für den Purinabbau keine prominente Rolle spielen. Aufgrund dieser Daten konnte ein neues überarbeitetes Modell des pflanzlichen Purinnukleotidkatabolismus postuliert werden. In dieses Modell konnte auch ein weiteres Enzym, die Nukleosidhydrolase 2 (NSH2), integriert werden, dessen Funktion als Xanthosin-Hydrolase im Komplex mit Nukleosidhydrolase 1 (NSH1) von uns erstmals belegt werden konnte. Pflanzen mit einem Defekt in der GSDA sind sehr anfällig gegen Dunkelstress, was die Vermutung nahelegte, dass Ribose, welche beim Guanosinabbau normalerweise im nächsten Schritt frei wird, in solchen Mutanten fehlen könnte, um den Energiestoffwechsel in der Dunkelheit zu stützen. Diese Hypothese konnten wir durch die parallele Charakterisierung mehrerer Mutanten wiederlegen. Es konnte gezeigt werden, dass Ribose für den Energiestoffwechsel im Dunkelstress keine bedeutende Rolle spielt. Die hohe Stressanfälligkeit der GSDA-Mutante wird vielmehr durch eine Guanosin- Akkumulation und in der Folge eine massive Störung der Nukleotidhomöostase verursacht. Insgesamt hat dieses Projekt das Verständnis des pflanzlichen Purinnukleotidkatabolismus deutlich befördert und die Rolle der GSDA und anderer Enzyme herausgearbeitet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016) Of the nine cytidine deaminase like genes in Arabidopsis thaliana eight are pseudogenes and only one is required to maintain pyrimidine homeostasis in vivo. Plant Physiology 171, 799-809
Chen M, Herde M, Witte C-P
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(2018) m6A RNA degradation products are catabolized by an evolutionarily conserved N6-methyl-AMP deaminase in plant and mammalian cells. Plant Cell 30, 1511-1522
Chen M, Urs MJ, Sánchez-González I, Olayioye MA, Herde M, Witte C-P
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(2018) The ribokinases of Arabidopsis thaliana and Saccharomyces cerevisiae are required for ribose recycling from nucleotide catabolism, which in plants is not essential to survive prolonged dark stress. New Phytologist 217, 233–244
Schroeder RY, Zhu A, Eubel H, Dahncke K, Witte C-P
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(2019) AMP and GMP catabolism in Arabidopsis converge on xanthosine, which is degraded by a nucleoside hydrolase heterocomplex. Plant Cell 31, 734-751
Baccolini C, Witte C-P
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(2020) A kinase and a glycosylase catabolize pseudouridine in the peroxisome to prevent toxic pseudouridine monophosphate accumulation. Plant Cell 32, 722-739
Chen M, Witte C-P
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(2020) Enhanced nucleotide analysis enables the quantification of deoxynucleotides in plants and algae revealing connections between nucleoside and deoxynucleoside metabolism Plant Cell
Straube H, Niehaus M, Zwittian S, Witte C-P, Herde M
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(2020) Nucleotide metabolism in plants. Plant Physiology 182, 63-78
Witte C-P, Herde M
