Funktionelle Bedeutung von Argonaute 2 Proteoformen in der antiviralen Immunantwort der Pflanze

• Antragsteller: Professor Dr. Sven-Erik Behrens
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Virologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497814656

RNA-silencing oder RNA-interference (RNAi) ist eine zentrale Komponente der Immunantwort von Pflanzen gegen Virusinfektionen. Zunächst prozessieren Dicer-like Enzyme doppelsträngige Elemente viraler RNAs, wie z.B. viraler Genome, - Replikationsprodukte oder - messenger mRNAs, zu small interfering RNAs, siRNAs. Als Bestandteile von RNA-induced silencing complexes (RISC) bauen dann Argonaute Endonukleasen (AGO) einzelne siRNA-Stränge ein, die die RISC über Basenpaarung auf Ziel-RNAs lenken: Dies sind meist die RNAs aus denen die siRNAs ursprünglich erzeugt wurden. AGO/RISC die von Viren abgeleitete ‚vsiRNAs‘ enthalten, bauen entsprechend virale Ziel-RNAs ab oder hemmen deren Translation. Kürzlich gewonnene Erkenntnisse zeigen, dass in virusinfizierten Zellen RNAi Prozesse nicht nur die virale, sondern auch die zelluläre Genexpression signifikant beeinflussen. Dabei sind vor allem ‚virusaktivierte‘ ‚vasiRNAs‘, eine neu entdeckte siRNA-Klasse, wichtig, die aus zellulären mRNAs entstehen. Beobachtungen von anderen und uns zeigten, dass Infektionen sehr verschiedener Virustypen in Brassicaceae die Bildung von vasiRNAs induzieren. Diese regulieren die Expression einer Gruppe von Genen, darunter solchen, die in Stressantwort und Photosynthese involviert sind. vasiRNAs scheinen virale Replikation somit über Modulierung der Stressreaktion oder Erschöpfung von Energieressourcen zu inhibieren. Antivirales RNAi erfolgt wesentlich über 21 nt und 22 nt lange vsiRNAs und vasiRNAs. Speziell bei 22 nt siRNAs ist die Funktionsweise jedoch noch ungeklärt. Gleiches gilt für das AGO2 Protein, das als zentraler Bestandteil des vsiRNA- als auch des vasiRNA-vermittelten antiviralen RNA-silencing in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (At) derzeit im Fokus des Interesses steht. Dabei wurde unerwartet festgestellt, dass AGO2 in At, im Gegensatz zum ebenfalls antiviral wirkenden AGO1, einem starken Selektionsdruck zur Diversifizierung unterliegt. Hier sind jüngste Beobachtungen von uns interessant, die zeigen, dass Proteoformen von AGO2, d.h. Varianten des Proteins, die durch Single Nucleotide Polymorphismen (SNPs) verursacht werden, deutliche Differenzen in ihrer silencing-Aktivität aufweisen, wenn sie mit 22 nt siRNAs assoziiert sind. Die daraus resultierende Hypothese ist, dass AGO2-Proteoformen, über unterschiedliche Aktivität mit 22 nt siRNAs, eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Pflanzen an virale Infektionen spielen. Dies könnte während der viralen Genexpression und Replikation über die unterschiedliche Aktivität von 22 nt vsiRNAs erfolgen. Alternativ könnte dies während der Wirtsgenexpression über die unterschiedliche Aktivität von 22 nt vasiRNAs erfolgen. Zur Prüfung dieser Hypothese wollen wir (i) die molekularen Determinanten identifizieren, die die unterschiedlichen Aktivitäten von AGO2-Proteoformen mit 22 nt siRNAs vermitteln, und (ii) die antivirale Aktivität von AGO2-Proteoformen bei vsiRNA- und vasiRNA-vermitteltem RNAi in Pflanzen untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen