Thiol-basierte Kontrolle des Tetrapyrrolstoffwechsels: Posttranslationale Kontrolle der NADPH-abhängigen Thioredoxin-Reduktase C auf Enzyme der Tetrapyrrolbiosynthese

Die NADPH-abhängige Thioredoxin-Reductase C (NTRC), Thioredoxin und thioredoxin-verwandte Proteine sind an Thiol-Disulfid-Austauschreaktionen beteiligt, die viele Schlüsselenzyme in zentralen Stoffwechselwegen der photosynthetisch-aktiven Organismen regulativ beeinflussen. Auch die Tetrapyrrolbiosynthese wird posttranslational durch Redoxkontrolle reguliert, um Enzymaktivitäten in Reaktion auf Umwelteinflüsse abzustimmen und die Anreicherung von photoreaktiven Metaboliten zu vermeiden. Einige Proteine des Tetrapyrrolsyntheseweges wurden als Interaktionspartner von NTRC und Thioredoxin identifiziert. Meine Gruppe ist an der posttranslationalen Kontrolle der Tetrapyrrolbiosynthese interessiert und bestätigte bereits die regulatorische Bedeutung von Thioredoxinen und des NTRC auf zwei Proteine, die CHLI-Untereinheit der Mg Chelatase and die Mg Protoprophyrin-Methyltransferase (CHLM) (Luo et al. 2012, Richter et al. 2013). In einer Arabidopsis ntrC Knock-out-Mutante wurden reduzierte Gehalte der Glutamyl-tRNA-Reduktase (GluTR), der Mg Protoporphyrin-Methyltransferase (CHLM) und der Protochlorophyllid-Oxidoreduktase (POR) nachgewiesen (Richter et al., 2013). Es zeigte sich, dass NTRC essentiell für die Stabilität und Aktivität dieser wichtigen Enzyme ist. Unsere Arbeitshypothese ist, dass NTRC möglicherweise ein zentraler Redoxregulator der Tetrapyrrolbiosynthese ist. Das Hauptziel des Antrages ist, die NTRC-katalysierten thiol-basierten Redoxreaktionen an den Enzymen CHLM, GluTR und POR in vitro und die physiologischen Notwendigkeiten dieser posttranslationalen Kontrollen dieser Enzyme in planta nachzuweisen. Dadurch wird die ausbalancierte Bereitstellung der Endprodukte der Tetrapyrrolsynthese, Chlorophyll und Häm, sichergestellt. Nachdem durch weitere alternative biochemische Methoden die Interaktion zwischen NTRC und den Zielenzymen des Stoffwechselweges zunächst bestätigt werden soll, ist im weiteren Verlauf der Arbeiten beabsichtigt, 1. in vitro die redox-aktiven Thiolgruppen konservierter Cysteine der Zielproteine zu bestimmen, die einen Einfluss auf Aktivität und die Stabilität dieser Enzyme haben, und 2. in planta die physiologischen Auswirkungen der Synthese von transgenen Cystein-Substitutionsmutanten in einer jeweiligen Arabidopsis knock-out-Mutanten für jedes der Enzyme auf den Gesamtstoffwechselweg, die Photosynthese und die Chloroplastenentwicklung im Vergleich zur Wildtypkontrolle zu untersuchen. Es wird langfristig erwartet, dass diese Arbeiten zu einem erhöhten Verständnis der thiol-basierten Regulation dieser wichtigen Enzyme in der Tetrapyrrolsynthese beitragen, durch die Enzymaktivität, Proteinstruktur und -stabilität, Protein-Protein Interaktion und die Lokalisierung der Enzyme innerhalb der Chloroplasten beeinflusst werden.