Identifizierung von Proteinen, die am Häm-Transport von Plastiden ins Zytoplasma beteiligt sind.

Häm ist ein wesentlicher Cofaktor für viele Stoffwechselfunktionen, wie Redoxreaktionen, Gasbindung und Signalübertragung. Nach der Synthese in den Plastiden innerhalb des Tetrapyrrol-Biosynthesewegs muss Häm durch die beiden plastidären Hüllmembranen in das Zytoplasma übertragen werden, um auf die verschiedenen subzellulären Kompartimente verteilt werden zu können. Wir haben kürzlich einen bereits beschriebenen genetisch kodierten Häm-Sensor1 (HS1) eingesetzt, um erstmalig die relativen Mengen an freiem Häm in verschiedenen subzellulären Kompartimenten von transient oder stabil transformierten Pflanzen zu messen. Dieser subzellulär wirkende Sensor gehört zu den wichtigen Voraussetzungen für den beabsichtigten Nachweis von Transportproteinen, die für den plastidären Häm-Export erforderlich sind. Bislang ist kein Häm-Transporter in Pflanzen publiziert worden. In Hefen oder Säugetieren wurden bereits Mitglieder der ABC-Transporterfamilie als Häm-Transporter beschrieben. Es ist nicht auszuschließen, dass der pflanzliche Häm-Transport durch einen multifaktoriellen Transporter ermöglicht wird, so dass der Nachweis eines funktionellen Häm-Transports in planta und in vitro eine Herausforderung bleibt, bis alle Untereinheiten identifiziert sind.
Das übergeordnete Ziel des Antrags auf Sachbeihilfe ist die Aufklärung des plastidären Häm-Exports und die Identifizierung der beteiligten Transportproteine. Zu diesem Zweck werden mit zwei Zielsetzungen wissenschaftliche Arbeiten vorgeschlagen. 1. Die beiden vielversprechendsten Kandidaten, die aus der Gruppe der ABC-Transporter ausgewählt wurden, werden durch eine detaillierte molekulare Analyse (u.a. des Hämgehalts in den Zellkompartimenten) der transgenen Linien mit inaktiviertem Gen für je eine der Untereinheiten charakterisiert. Es werden auch deregulierte Proteingehalte im Gesamtproteom und interagierende Proteine, die am Häm-Transport beteiligt sind, ermittelt. Außerdem soll das subzellulär exprimierte HS1 in den transgenen Linien zum Nachweis des subzellulären Häm-Pools eingesetzt werden. 2. In Fortsetzung des begonnenen Suppressor-Screens einer Ferrochelatase1 (FC1)-Mutante mit komplementärer Synthese der FC2-Isoform, die aufgrund einer unzureichenden Häm-Versorgung aller zellulären Kompartimente außerhalb der Plastiden ein lichtempfindliches, gehemmtes Wurzelwachstum zeigt, soll nach erfolgter Genomsequenzierung der isolierten Suppressormutanten ein bis zwei vielversprechende Mutanten biochemisch/molekularbiologisch analysiert werden. Es wird erwartet, dass das Arbeitsprogramm zur Identifizierung von Proteinen beitragen wird, die für den Häm-Transport in das Zytoplasma und den Hämstoffwechsel in den extraplastidären Zellkompartimente zuständig sind.