Biochemistry and molecular physiology of the protein ABA3
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Labor des Antragstellers wurde der Molybdäncofaktor(Moco)-Biosyntheseweg bei Arabidopsis und beim Menschen in den Grundzügen aufgeklärt. Nach Fertigstellung des Moco wird dieser in die Nutzerenzyme inseriert, wobei die Enzyme Aldehydoxidase (AO) und Xanthindehydrogenase (XDH) für ihre Aktivierung eine post-translationale Modifikation des Moco benötigen. Die hierfür spezifische Moco-Sulfurase ABA3 aus A. thaliana katalysiert dazu das Anfügen eines Schwefels an den Moco von AO und XDH, die nunmehr ihre Aufgaben in der Abscisinsäure(ABA)- und Indolessigsäure(IAA)-Synthese bzw. in der Purindegradation wahrnehmen können. Das Projekt hat vier Ziele verfolgt: 1. Aufklärung des Mechanismus des intramolekularen Schwefeltransfers zwischen der N- terminalen NifS-Domäne und der C-terminalen Moco-Bindedomäne von ABA3. Anhand der separat exprimierten Domänen sowie des kompletten ABA3-Proteins konnten wir zeigen, dass der aus dem Substrat L-Cystein gewonnene Schwefel in Form eines Persulfides zunächst sukzessiv über zwei Cysteine der NifS-Domäne und über weitere zwei weitere Cysteine der C-terminalen Domäne geleitet wird, bevor er den an den C-Terminus von ABA3 gebundenen Moco sulfuriert. 2. Darlegung des Mechanismus des intermolekularen Schwefeltransfers von ABA3 zu seinen Zielenzymen AO und XDH. Gegenstand dieser Untersuchungen war, ob ABA3 allein den Schwefel des an seine C-terminale Domäne gebundenen Moco oder den kompletten sulfurierten Moco auf die Zielenzyme AO und XDH überträgt. Zwar konnte diese Frage im Bewilligungszeitraum nicht abschließend geklärt werden, jedoch konnte die bis dahin diskutierte co-translationale Aktivierung von AO und XDH durch Übertragung des Moco von ABA3 klar ausgeschlossen werden. 3. Identifizierung von Faktoren und Bedingungen, die die Expression und Aktivität von ABA3 beeinflussen. Es zeigte sich, dass das Netzwerk aus ABA3, AO-Proteinen und XDH insbesondere bei Seneszenz, aber auch bei durch reaktive Sauerstoffspezies verursachte Stresse besonders stark induziert ist und eine kritisch Rolle spielt. Darüber hinaus machen unsere Ergebnisse deutlich, dass ABA bei Bedarf tatsächlich direkt in Schließzellen synthetisiert wird, und nicht etwa ausschließlich dorthinein transportiert werden muß, um ein ABA-vermitteltes Schließen der Stomata zu bewirken. 4. Obwohl ABA3 in extremer Weise zu alternativem Spleißen neigt und niemals eine homogene Population von ABA3-Transkripten zu finden ist, konnte eine physiologische Bedeutung dieses Phänomens unter diversen getesteten Bedingungen nicht klar identifiziert bzw. bestätigt werden. Vielmehr zeigte sich, dass offenbar nur soviel ABA3- Transkripte "korrekt" gespleißt werden, wie zu einem betimmten Zeitpunkt ABA3-Protein benötigt wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008). Transient expression of AtNCED3 and AAO3 genes in guard cells causes stomatal closure in Vicia faba. J. Plant Res. 121; 125-131
Melhorn, V., Matsumi, K., Koiwai, H., Ikegami, K., Okamoto, M., Nambara, E., Bittner, F., and Koshiba, T.
- (2009). Identification of a novel E3 ubiquitin ligase that is required for suppression of premature senescence in Arabidopsis. Plant J. 59; 39-51
Raab, S., Drechsel, G., Zarepour, M., Hartung, W., Koshiba, T., Bittner, F., and Hoth, S.
- (2010). Cell biology of molybdenum. Plant Cell Monographs 17; 119-143
Bittner, F., Mendel, R.R.
- (2010). Xanthine dehydrogenase AtXDH1 from Arabidopsis thaliana is a potent producer of superoxide anions via its NADH oxidase activity. Plant Mol. Biol. 72; 301-310
Zarepour, M., Kaspari, K., Stagge, S., Rethmeier, R., Mendel, R.R., and Bittner, F.
- (2011). Molybdenum enzymes in higher organisms. Coord. Chem. Rev. 255; 1179-1205
Hille, R, Nishino, T., and Bittner, F.
