Rekonstruktion des O-Acetylierungs-Mechanismus pflanzlicher Zellwand-Polysaccharide in einer unkonventionellen Hefe

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Vicente Ramirez, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517563163

Substitution pflanzlicher Zellwand-Polysaccharide mit O-Acetylgruppen verändert die Biophysik der Polymere und beeinflusst die Entwicklung und Reproduktion der Pflanzen sowie die Anpassungen gegenüber abiotischem Stress wie Kälte oder Austrocknung. In den letzten 10 Jahren haben genetische und biochemische Methoden dazu beigetragen verschiedene Komponenten der O-Acetylierungs-Maschinerie pflanzlicher Polysaccharide zu identifizieren und charakterisieren. Zwei Multigen-Familien mit teilweise überlappenden Funktionen und gewebespezifischen Expressions-Mustern sind hierfür essentiell. Eine dritte Komponente, mit bisher unbekannter Funktion, ist ebenfalls involviert. Allerdings konnten die bisher verwendeten experimentellen Ansätze die Funktion mancher Komponenten nicht eindeutig entschlüsseln und die Funktionsweise des Acetylierungs-Mechanismus wird noch nicht verstanden. Um mehr über diesen molekularen Mechanismus zu lernen wollen wir einen synthetischen experimentellen Ansatz nutzen, indem wir einen synthetischen, einzelligen Modelorganismus entwickeln. Mit Yarrowia lipolytica haben wir eine unkonventionelle Hefe gefunden, die, ähnlich wie Pflanzen, Zellwand-Polysaccharide O-acetyliert. Im Gegensatz zu Pflanzen nutzt Yarrowia einen weniger komplexen Mechanismus, bestehend aus einem Protein mit zwei verschiedenen Aktivitäten: Transport des Acetyl-Donor-Substrats vom Zytosol ins Golgi-Lumen und Transfer der Acetyl-Gruppe zum Glycan. Wir haben uns die endogene O-Acetylierungs-Maschinerie zu Nutze gemacht und Yarrowia so verändert, dass die Zellen ein O-acetyliertes Zellwand-Polysaccharid (Glucomannan, GM) produzieren, welches in der Zellwand der Hefe normalerweise nicht vorkommt. Wir wollen dieses synthetische Model-System nutzen, um die Identität, Selektivität und Funktion der beteiligten pflanzlichen Enzyme bezüglich der Substitution pflanzlicher Polysaccharide mit Acetylgruppen besser zu verstehen. Folgende Ziele sollen hierfür verfolgt werden:(1) Strukturelle Charakterisierung des AcGM synthetisiert in genetisch-veränderten Yarrowia Zellen;(2) Funktionale Charakterisierung von Komponenten der pflanzlichen Zellwand O-Acetylierungs-Maschinerie(3) Identifizierung von weiteren Komponenten der MaschinerieWegen der Konservierung des O-Acetylierungs-Mechanismus können die Ergebnisse dabei helfen die O-Acetylierung von extrazellulären Glycanen auch in anderen Spezies wie Bakterien, Pilzen und tierischen Zellen besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen