Regulierung und Funktion von Ypr10 Genen in Obstgehölzen

Das wichtigste Apfelallergen, Mal d 1, gehört aufgrund der hohen Sequenzhomologie und der Induzierbarkeit zu den "pathogenesis-related" Proteinen der Klasse 10 (PR10). In den meisten Pflanzen wird dieses PR-10 von mehreren Gene, kodiert. Trotz des ubiquitären Vorkommens im Pflanzenbereich blieb die biologische Rolle bis jetzt ungeklärt. Obwohl es beträchtliches Wissen über die genomische Struktur und das Expressionsmuster dieser Ypr10 Gene gibt, ist wenig bekannt über die Genregulation und Beteiligung der Genprodukte (PR-10) in der Pflanzenabwehr. Mal d 1, wie viele andere PR-10 Proteine, wird nicht nur nach Einwirkung einer breiten Palette von Pathogen- und Stressfaktoren exprimiert, sondern auch in bestimmten Entwicklungsabschnitten . Es ist denkbar, dass PR-10 Proteine nicht direkt auf Pathogene einwirken, sondern eher Komponenten der Signalübertragung aktivieren und dadurch eine Stressantwort hervorrufen, die auch als Merkmal "normaler" Entwicklungsprozesse bekannt ist. Ziel dieses Projekts ist die Identifikation von Proteinen, die i) mit Mal d 1 interagieren, und ii) die Aktivierung von Ypr10 Gene steuern. Dies wäre ein bedeutender Schritt vorwärts in der Aufklärung der Funktion. Weiters soll Einblick in den Mechanismus, der zur Aktivierung der Ypr10 Gene führt, gewonnen werden.

Mal d1, ein 18 kD Protein im Apfel, gehört zu den `pathogenesis-related` Proteinen der Klasse 10 (PR-10), die im ganzen Pflanzenreich vertreten sind. Wie der Name schon sagt, werden diese Proteine im Zusammenhang mit Krankheiten gebildet, wurden aber auch in vielen Pflanzen während verschiedener Entwicklungsstadien nachgewiesen. Sie werden von den sogenannten Ypr10 Genen, die in den meisten Pflanzen in mehreren Kopien im Genom vorliegen, kodiert. Ihre Funktion ist allerdings bislang noch immer ungeklärt. Interessanterweise gehören viele Allergene von Früchten (Apfel, Marille, Pfirsich, Zwetschke, Kirsche), Gemüsen (Karotte, Sellerie, Petersilie) und Baumpollen (Birke, Erle, Hasel) zu diesen PR-10 Proteinen, die allesamt eine sehr ähnliche Proteinsequenz und -struktur aufweisen und daher in allergischen Patienten starke Kreuzreaktionen mit IgE-Antikörpern, die gegen eines dieser Proteine gerichtet sind, aufweisen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein Protein im Apfel entdeckt, das als Bindungspartner von Mal d 1, dem wichtigsten Allergen in der Apfelfrucht, identifiziert werden konnte. Dieses Mal d1-Interagierende Protein (MdIP) wurde mit Hilfe eines aus der Hefe stammenden genetischen Systems aus einer Expressions-cDNA-Bank isoliert. Eine Homologiesuche in Datenbanken ergab keine signifikante Übereinstimmung mit bereits bekannten Proteinen. Es konnte allerdings eine 45 %ige Identität über die gesamte Länge mit einer Proteinsequenz in Arabidopsis thaliana festgestellt werden, die aufgrund des durchsequenzierten Genoms mittels Analyseprogrammen als "hypothetisches" Protein ermittelt wurde. Diese Tatsache weist darauf hin, dass MdIP als ein völlig neues Protein in Pflanzen identifiziert wurde. Erstmals wurde nun nachgewiesen, dass Mal d 1 (= PR-10) mit einem bis dato noch nicht beschriebenen Protein, nämlich MdIP, einen Komplex bildet. Die Funktion beider Proteine ist zwar nach wie vor unbekannt, aber die Mal d1-MdIP- Interaktion untermauert die Hypothese, dass PR-10 Proteine wahrscheinlich nicht direkt in die Abwehr von Krankheitserregern involviert sind. Viel eher sind sie als Teil eines multimeren Komplexes (z.B. zur Proteinstabilisierung oder als Trägerprotein) zu sehen, der in der Stressabwehr bzw. auch in der Steuerung von Entwicklungsvorgängen eine Rolle spielen könnte. In transgenem Tabak als Modellsystem wurden die regulatorischen Gensequenzen (Promotoren) für die Expression von Ypr10 Genen in Obstgehölzen untersucht. Promotoren in unterschiedlichen Längen wurden vor ein Markergen (ß-Glukuronidase) gesetzt und diese Konstrukte in Tabak transformiert. Somit konnten DNA-Abschnitte und Sequenzmotive, die essentiell für die Funktionalität und Aktivierbarkeit des Ypr10-Promotors sind, identifiziert werden.