Versorgung von pflanzlichen Peroxisomen mit Energie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nicole Linka
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 72312800

ATP ist der wichtigste Energieträger der Zelle und treibt eine Vielzahl von biochemischen Reaktionen an. Die ständige Verfügbarkeit und Versorgung mit ATP hat eine große Bedeutung für den zellulären Stoffwechsel. Da nur wenige pflanzliche Zellkompartimente ATP synthetisieren können, muss ATP in die anderen Organellen transportiert werden. Spezifische Transportproteine ermöglichen den intrazellulären ATP-Austausch und sind daher essentiell für zahlreiche Stoffwechselwege. In der vorherigen Förderperiode haben wir zwei ATP-Transportproteine in Arabidopsis charakterisiert, die ATP in Peroxisomen importieren.In diesem Fortsetzungsantrag adressieren wir die folgenden Fragen, um die Funktion des peroxisomalen ATP-Imports zu verstehen: (1) Welche ATP-verbrauchenden Reaktionen sind vom ATP-Import abhängig? Wir konnten zeigen, dass Speicherlipid-Mobilisierung in den Arabidopsis-Pflanzen mit einem defekten ATP-Transport stark eingeschränkt ist. Als Folge war das Wachstum der Keimlinge inhibiert. Ein vorläufiges Experiment weist des Weiteren daraufhin, dass der Abbau von dem toxischen Metabolit Propionsäure peroxisomales ATP benötigt. Wir werden 13C-Markierungsexperimente sowie gezielte Metabolitanalysen durchführen, um eine Beteiligung der Peroxisomen an diesem wenig bekannten Stoffwechselweg nachzuweisen. (2) Was ist die treibende Kraft für den ATP-Import in Peroxisomen? Wir konnten zeigen, dass ATP im Austausch mit ADP oder AMP transportiert wird. Ein solcher Gegenaustausch generiert ein Membranpotential über die peroxisomale Membran, wodurch eine weitere Versorgung mit ATP vermindert würde. In diesem Antrag untersuchen wir, ob der einwärts-gerichtete Netto-Transport von negativen Ladungen beim ATP-Import durch einen Protonen-Einstrom kompensiert wird. (3) Inwiefern reguliert Angebot und Nachfrage von ATP den peroxisomalen Stoffwechsel? Wir werden die peroxisomalen ATP-Gehalte in verschiedenen Arabidopsis-Pflanzen in vivo mittels einem GFP-basierten Sensor bestimmen. Um den ATP-Bedarf in den Peroxisomen zu erhöhen, werden wir ein ATP-abbauendes Enzym implementieren. Diese Experimente erlauben uns erstmalig dynamische Änderungen des ATP-Pools zu verfolgen, wodurch wir die Bedeutung von ATP für den peroxisomalen Stoffwechsel besser verstehen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen