The role of guanosine deaminase in ureide production in soybean nodules and in purine nucleotide catabolism of Arabidopsis
Final Report Abstract
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.
Publications
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