Biochemische und physiologische Charakterisierung von Nukleosidkinasen aus Arabidopsis thaliana, die an der Regulation der Nukleotidbiosynthese beteiligt sind

• Antragsteller: Professor Dr. Claus-Peter Witte
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528245572

Salvage-Reaktionen dienen dem Recycling von Nukleosiden für die Biosynthese von Nukleotiden und Nukleinsäuren. Nukleosidkinasen für Adenosin, Uridin / Cytidin und Pseudouridin sind in Pflanzen bekannt. Eine Inosin-Kinase konnte vor Kurzem durch uns beschrieben werden, aber entsprechende Kinasen für Guanosin sind bisher weder in Pflanzen noch anderen Eukaryonten bekannt, obwohl radioaktive Markierungsexperimente und Aktivitätsmessungen belegen, dass es diese geben muss.Wir haben Kinasen unbekannter Funktion charakterisiert, um neue Nukleosidkinasen zu finden. Wir konnten eine plastidäre Inosin-Kinase (PNK1) identifizieren, die Inosin und Uridin phosphorylieren kann und in vivo am Salvage von Inosin beteiligt ist. Die Mutation von PNK1 führt zu einem erhöhten Fluss in den Purinnukleotid-Katabolismus und, bei gestörtem Uridinabbau, zu einer Überakkumulation von Uridin und UTP sowie zu einer Wachstumsdepression. Die Daten legen nahe, dass PNK1 an der Rückkopplungsregulation der Purinnukleotidbiosynthese und möglicherweise auch der Pyrimidinnukleotidbiosynthese beteiligt ist. Darüber hinaus konnte eine weitere Nukleosidkinase (Arbeitsname: K6) identifiziert werden. Diese kann neben Inosin auch Guanosin phosphorylieren. Eine Mutation von K6 führt zu erhöhtem Inosin und Inosin-Monophosphat-Gehalt in Keimlingen und zu einer Wachstumsdepression der Rosette. Auch K6 leistet möglicherweise einen Beitrag zur Regulation der Purinbiosynthese.Das zentrale Ziel der vorgeschlagenen Forschung ist, die physiologischen Funktionen von PNK1 und K6 weiter zu ergründen. Für PNK1 wurden dafür bereits umfangreiche Arbeiten geleistet, wie z. B. die Erstellung von Doppelmutanten und Komplementationslinien. Diese Arbeiten müssten für K6 noch erfolgen. Eine Funktion in der Rückkopplungskontrolle des Nukleotidstoffwechsels soll für beide Kinasen durch Metabolitanalysen von genetischen Varianten und 15N-Markierungsexperimente untersucht werden. Die Nukleotidbiosynthese wird auch übergeordnet von der TOR Kinase gesteuert, welche ihrerseits über Nukleotide reguliert werden kann, wobei die Details noch unbekannt sind. Mögliche Interaktionen der Regulationsebenen (TOR Regulation und Rückkopplungsregulation) sollen im Rahmen einer Kollaboration untersucht werden. In einer weiteren Kollaboration sollen auch die Proteinstrukturen der Kinasen mit gebundenen Substrat(en) aufgeklärt werden, um die molekularen Details der Substratspezifität der Kinasen zu verstehen. Optional soll auch die Suche nach weiteren Nukleosidkinasen fortgesetzt werden. Konkret könnten zwei Kandidatenenzyme untersucht werden, wenn genügend Ressourcen im Projektverlauf zur Verfügung stehen. Alle hier zu untersuchenden Kinasen sind in Pflanzen hochkonserviert, und einige sind augenscheinlich an der Regulation des Nukleotidstoffwechsels beteiligt. Damit betritt dieses Forschungsvorhaben wissenschaftliches Neuland, denn regulative Aspekte des Nukleotidstoffwechsels der Pflanzen sind noch weitgehend unbekannt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jake Brunkard; Professor Dr. Sangkee Rhee