Rolle der Stress-induzierten Regulation der N-terminalen Acetylierung für die Proteinhomeostase in Pflanzen

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Hell; Dr. Markus Wirtz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496871662

Das Wachstum von Pflanzen wird durch adverse Umweltfaktoren und die zugehörigen zellulären Überwachungsmechanismen der Stress-induzierten Schadensreparatur wesentlich bestimmt. Die Kontrolle der Proteinhomöostase spielt dabei eine wichtige Rolle für die Anpassung des Proteoms an spezifische Stressbedingungen und den Austausch beschädigter Proteine. In diesem Projekt wird die co-translationale Modifizierung von Proteinen durch N-terminale Acetyltransferase (Nat) Komplexe während der Anpassung an Stress untersucht. Die N-terminale Acetylierung durch den wichtigen NatA Komplex betrifft rund 40 % der cytosolischen Proteine in Arabidopsis und hat einen substanziellen Einfluss auf die globale Proteomstabilität. Wir haben gezeigt, dass Trockenstress bzw. das Trockenstress-Hormon Abscisinsäure (ABA) für die Verringerung von NatA Aktivität verantwortlich sind. Hierdurch wird eine große Anzahl von NatA Substraten nicht acetyliert und in der Folge durch ein sogenanntes nonAc/-Degron destabiliert, das als Abbausignal fungiert. Da aber zugleich die Translationsrate erhöht ist, schlagen wir vor, dass dieser Signalmechanismus den effizienten Austausch Trockenstress-geschädigter Proteine durch verringerte Halbwertszeit ermöglicht. Dieser neuartige Prozess könnte ein genereller Teil der Stressantwort unter Protein-schädigenden Bedingungen darstellen. Am Beispiel der Trockenstressantwort wollen wir die Funktionen der zentralen und akzessorischen Untereinheiten des NatA Komplexes für die Stress-induzierte Modifizierung von translatierten Proteinen am Ribosom untersuchen. Die ABA-induzierte Verringerung des NatA Aktivität soll dazu dienen Stress-induzierte NatA Substrate zu identifizieren und die dynamische Rekrutierung des NatA Komplexes an die naszierende Polypeptidkette am Ribosom durch selektive Ribosomen-Profile zu charakterisieren. Der Umsatz der in Folge von ABA-Behandlung erzeugten nonAc-Degron Proteine kann mit dem tandem fluorescent timer System verfolgt werden. Der Abbau der nonAc-Degron Proteine wird im Hinblick auf die Anteile und Spezifität des Ubiquin-Proteasom Systems und Autophagy nach Anreicherung und Massenspektrometrie verfolgt. Die Untersuchung der Aktivierung der Sensorkinase TOR Kinase könnte die beobachtete verstärkte Translationsrate bei der Proteostase erklären. Das Projekt soll die Bedeutung und die Mechanismen der dynamischen N-terminalen Acetylierung von Proteinen für die Protein-Homöostase unter Stressbedingungen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen