Identifizierung und Charakterisierung von cytosolischen Nukleosid-Monophosphat-Phosphatasen der Pflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Claus-Peter Witte
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462603278

Pflanzliche Genome kodieren für eine Vielzahl von Phosphatasen, aber nur für wenige ist bisher die physiologische Funktion bekannt. Zu den Schwierigkeiten bei der Aufklärung der in vivo Funktion von Phosphatasen gehört unter anderem, dass die Substratspezifitäten in vitro häufig gering sind, und die Enzyme zu (funktionell redundanten) Proteinfamilien gehören.Auch im pflanzlichen Nukleotidstoffwechsel sind die Phosphatasen noch unbekannt, die in vivo Mononukleotide in die entsprechenden Nukleoside überführen. Jedoch ist klar, dass es solche Phosphatasen geben muss, denn Pflanzen können Nukleotide vollständig abbauen.In diesem Projekt sollen cytosolische Mononukleotid-Phosphatasen sowohl für Purin- als auch Pyrimidinnukleotide identifiziert und biochemisch charakterisiert werden sowie ihre Position und Funktion im Stoffwechsel in vivo belegt werden.Als Ausgangspunkt wurden Pyrimidinmononukleotid-Phosphatasen aus Hefe gewählt, weil für diese eine Rolle im Nukleotidstoffwechsel in vivo belegt ist, und weil in Pflanzen homologe Enzyme vorkommen. Die subzelluläre Lokalisation und die Substratspezifität von fünf homologen Phosphatasen aus Arabidopsis thaliana wurde untersucht. Alle Enzyme befanden sich im Cytosol. Ein Enzym setzte ausschließlich das Purinnukleotid Xanthosin-Monophosphat (XMP) mit hoher katalytischer Effizienz um. Die Existenz einer pflanzlichen XMP-Phosphatase (XMPP) wurde von uns bereits aufgrund von Metabolitstudien an Arabidopsis Mutanten postuliert. Die XMPP von Arabidopsis soll biochemisch umfassend charakterisiert werden. Über Metabolitanalysen von Mutanten soll die Position und Funktion von XMPP im Stoffwechsel untersucht werden. Auch die XMPP von Bohne (Phaseolus vulgaris) soll charakterisiert werden und das Gen über Genscheren in transgenen Wurzeln / Knöllchen mutiert werden. Durch Metabolitanalysen an xmpp Knöllchen soll geklärt werden, ob XMPP eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Intermediaten des Purinkatabolismus (den Ureiden) spielt, die dem Export von fixiertem Stickstoff aus den Knöllchen dienen. Dazu soll auch die Expressionsdomäne des XMPP-Gens im Knöllchen untersucht werden.Die verbleibenden vier Phosphatasen sowie eine weitere Phosphatase mit Homologie zu einer Nukleotidase des Menschen wiesen eine hohe Spezifität für Pyrimidin-Mononukleotide auf. Auch diese Enzyme sollen biochemisch vollständig charakterisiert werden. Metabolitanalysen in Mutanten und gegebenenfalls Mehrfachmutanten sollen durchgeführt werden, um die physiologische Funktion dieser Enzyme einzugrenzen, und ihre Rolle in vivo, zum Beispiel bei verstärktem Nukleotidabbau im Dunkelstress, zu untersuchen. Durch Promoter-Reporter Studien soll ermittelt werden, in welchen Zelltypen und Geweben die Gene der Phosphatasen aktiv sind. Durch Integration dieser Daten kann ein erstes Modell für die Rolle der Pyrimidin-Mononukleotid-spezifischen Phosphatasen im Nukleotidstoffwechsel entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Kooperationspartner: Professor Dr. Sangkee Rhee