Kontrolle der Signaltransduktion unter Niedrigsauerstoff in Arabidopsis thaliana durch Phosphorylierungsereignisse

• Antragsteller: Professor Dr. Joost T. van Dongen
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387214090

Wird eine Pflanze Sauerstoffmangel (Hypoxie) ausgesetzt, z.B. durch Überflutung, findet eine umfassende metabolische Umprogrammierung statt. Allem voran wird von aerober Atmung (unter Verwendung von Sauerstoff) auf anaeroben Metabolismus umgeschaltet, der die Bildung von Energieäquivalenten in Form von ATP aufrecht erhält, jedoch weit weniger effizient ist. Die Induktion von für die hypoxische Anpassung spezifischen Genen erfolgt durch Transkriptionsfaktoren der ETHYLEN-RESPONSE-FAKTOR-Familie (ERFs). ERFs der Gruppe VII sind hierbei von besonderer Bedeutung. Ihre Hypoxie-spezifische Funktion wird durch ihre unter Sauerstoffmangel induzierte Dissoziation von Plasmamembran-lokalisierten ACYL-COA-BINDEPROTEINEN (ACBPs) und anschließende Translokation in den Nukleus erreicht.Wir zeigten bereits, dass Acyl-CoAs die Translokation von ERFVIIs auslösen und bestimmte Änderungen des zellulären Acyl-CoA-Pools hypoxische Antworten hervorrufen. Da jedoch Hypoxie-induzierte Änderungen des Acyl-CoA-Pools verzögert auftreten und Acyl-CoAs-Applikation unter Normoxie nur schwache Antworten im Vergleich zur Geninduktion unter Hypoxie hervorruft, ist ein zweiter, paralleler Auslöser, der unabhängig von Acyl-CoAs agiert, essentiell für die Translokation von ERFVIIs und die Modulation der ERFVII-Aktivität.Ziel dieses Antrags ist es, die Rolle der Phosphorylierung bei (1) der Induktion der Translokation von ERFVIIs in den Nukleus und (2) der Modulation der ERFVII-Aktivität in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration aufzudecken. Auf diese Weise werden wir maßgeblich unser Verständnis der Integration verschiedener Signale unter Hypoxie, mit ACBP und ERVIIs als zentrale Schnittstelle, erweitern. Unsere derzeitigen Vorarbeiten unter Verwendung von Kinase-Aktivitätsassays, In-vivo-Interaktionsstudien, Phosphoproteomics-Analysen und Transaktivierungsassays weisen darauf hin, dass Phosphorylierung von Komponenten der ERFVII-Signaltransduktion unter Niedrigsauerstoff für beide Prozesse von Bedeutung ist. Auch konnten wir zeigen, dass Niedrigsauerstoff die Phosphorylierung von ACBPs in planta stimuliert und spezifische MITOGEN-AKTIVIERTE PROTEINKINASEN (MPKs) identifizieren, die diese Signalkomponenten ansteuern. Wir möchten herausfinden, wie genau sich der Phosphorylierungszustand von Signalkomponenten auf deren Fähigkeit zur Interaktion, ihre Aktivität und ihren Beitrag zur Hypoxie-Toleranz in planta auswirkt. Darüber hinaus wollen wir untersuchen, unter welchen Sauerstoffkonzentrationen Phosphorylierung in planta durch MPKs erfolgt. Da diese MPKs selbst durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) unter Hypoxie aktiviert werden, möchten wir ausserdem untersuchen, inwieweit intrazelluläre ROS-Quellen zur Induktion der ERFVII- Signaltransduktion beitragen. Hierfür verwenden wir sowohl molekularbiologische, biochemische als auch genetische Ansätze.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Romy Schmidt-Schippers