Influence of GSK-based signaling on the metabolic web

Der Stoffwechsel der Pflanze ist hochdynamisch und unterliegt in Abhängigkeit vom Entwicklungsstadium und den äußeren Bedingungen starken Veränderungen. Pflanzen sind in der Lage sich verändernde Umweltbedingungen wahrzunehmen und über Signalübertragungsprozesse in zelluläre Antworten, wie den Aktivierungszustand von Stoffwechselenzymen, umzusetzen. Moderne Analysemethoden, die auf der Massenspektroskopie basieren, ermöglichen es eine Vielzahl verschiedener Metabolite parallel zu bestimmen. Mit Hilfe dieser Analysemethoden können die vielfältigen Veränderungen im Stoffwechsel erfasst werden. In Biochemischen Studien sowie durch die Analyse transgener Pflanzen wurde die Rolle von Proteinkinasen als wichtige Elemente der intrazellulären Signalübertragungsprozesse herausgestellt. Trotz der Erkenntnisse über diese beiden Prozesse wird die Verbindung der Signalkaskaden mit der Koordinierung des Stoffwechsels bisher wenig verstanden. Die Familie der Glycogen Synthase Kinase 3 / Shaggy-like Kinasen (GSKs) wird mit der Übertragung verschiedener extrazellulärer Stimuli in physiologische Antworten in Verbindung gebracht. Erkenntnisse der Gruppe von C. Jonak belegen die Beteiligung bestimmter GSKs an der Umsetzung von äußeren Signalen in physiologische Antworten. So stellt sich MsK4 zum Beispiel als positiver Regulator der Antwort auf Salzstress dar. Die Aktivität von MsK4 steigt unter der Einwirkung von Salzstress schnell an und die Überexpression von MsK4 erhöht die Toleranz gegenüber Salzstress und führt zu einer Veränderung der Metabolitenzusammensetzung. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes wird die Metabolitenzusammensetzung in Arabidopsis Pflanzen mit veränderter ASK Aktivität (Arabidopsis MsK) bestimmt. Hierfür werden mit Hilfe von GC-MS (gekoppelte Gaschromatografie-Massenspektroskopie) und HPLC (hochauflösende Flüssigkeitschromatografie) Metabolitenprofile von Arabidopsis Pflanzen, welche eine ASK verstärkt exprimieren oder den Verlust einer bestimmte ASK (T-DNA Insertionslinien) aufweisen, erstellt und mit den Metabolitenprofilen von Arabidopsis Wildtyp Pflanzen verglichen. Das beantragte Projekt ist die bislang erste umfassende Studie zum Einfluss einer ganzen Familie von Proteinkinasen auf den pflanzlichen Stoffwechsel. Der vorgeschlagene Versuchsansatz verspricht neue, wichtige Erkenntnisse zu liefern, auf welche Weise die zelluläre Signalübertragung mit der hohen Flexibilität des pflanzlichen Stoffwechsels verbunden ist.