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Stressantwort der Proteinbiogenese/Translation

Felix Willmund, Dascha Khalfine

Fragestellung

Welche Faktoren regulieren eine angepasste Proteinbiosynthese unter Stressbedingungen? Wie beeinflussen Umweltveränderungen die Biogenese und Komplexassemblierung des Photosynthese-Apparates, sowie der CO₂-Konzentrations- und Fixierungsmaschinerie?

Hintergrund

Trotz der starken Reduktion des Chloroplasten-Genoms auf weniger als 100 Gene, hat das Genom für Pflanzenzellen eine vitale Bedeutung und kodiert essenzielle photosynthetische Untereinheiten, sowie zentrale Elemente der Geneexpressions-Maschinerie. Die plastidäre Genexpression zeichnet sich durch eine sehr strikte post-transkriptionelle Regulation aus und mRNAs haben deutlich höhere Halbwertszeiten als im Zytosol oder in Bakterien. Weiter ermöglicht eine ausgeprägte co-translationale Regulation schnelle Akklimatisierungsreaktionen des Photosynthese-Apparates bei Umweltveränderungen, sowie eine stöchiometrische Synthese der Untereinheiten bei der Komplexassemblierung.

Vorarbeiten zeigten ein sehr ausgeprägtes Netzwerk an ribosomen-assoziierten Proteinen im Chloroplasten und eine verstärkte co-translationale Biogenese sowie den Einbau von Co-Faktoren während der Hitze-Akklimatisierung. Zudem wird besonders die Synthese chlorophyllhaltiger Untereinheiten (PsaA sowie PsaB von Photosystem I und CP43 und CP47 von Photosystem II) unter Hitzebedingungen stark angepasst. Weiterhin ist bekannt, dass die zentrale Untereinheit D1 von Photosystem II bei Starklicht und erhöhtem ROS-Aufkommen vermehrt synthetisiert wird, was auf translationaler Ebene gesteuert wird. Plastidäre Transkripte werden außerdem durch Bindung Zellkern-kodierter, sogenannter trans-Faktoren, bei der Prozessierung, sowie bei der Initiation der Translation reguliert.  In diesem Projekt wird nun untersucht, wie die Translation und Biogenese einzelner Photosyntheseuntereinheiten spezifisch unter Umweltveränderungen angepasst werden.