Arabidopsis Mannosidase Familie

Das Projekt zielt darauf ab, unser Verständnis der Biosynthese von Asparagin gebundenen Glykanstrukturen und deren Funktion in Pflanzen zu verbessern. Als Bestandteil von Glykoproteinen kommt N-Glykanen in tierischen Zellen eine zentrale Rolle in lebenswichtigen biologischen Prozessen wie der Zell-Zell- und Zell-Matrix- Interaktion zu. Darüber hinaus spielt die Prozessierung von mannosidischen N-Glykanen im endoplasmatischen Retikulum auch eine Rolle um falsch gefaltete und damit biologisch inaktive Proteine entfernen zu können. In Pflanzen ist die biologische Funktion dieser mannosidischen N-glykane und der beteiligten Enzyme noch völlig unbekannt. Aufgrund der Aufklärung der N-Glykanstrukturen von einigen Pflanzen ist jedoch bekannt, dass Mannose-Reste während der Prozessierung der pflanzlichen N-Glykane abgespalten werden. Es wird vermutet, dass eine bestimmte Gruppe von Enzymen, sogenannte alpha-Mannosidasen, dafür verantwortlich ist. Die genaue Funktionsweise und der exakte Wirkungsort der Enzyme innerhalb der pflanzlichen Zelle sind noch völlig unerforscht. In Vorarbeiten haben wir in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine alpha-Mannosidase Genfamilie bestehend aus fünf Genen identifiziert. In diesem Projekt wird versucht die Funktion dieser Genfamilie mit biochemischen, zellbiologischen und phänotypischen Analysen von "knockout" Mutanten zu charakterisieren.

Als Bestandteil von Glykoproteinen kommt Asparagin-gebundenen Glykanstrukturen (N-Glykanen) eine zentrale Rolle in lebenswichtigen biologischen Prozessen wie der Proteinfaltung zu. Darüber hinaus ist die Prozessierung von mannosidischen N-Glykanen im endoplasmatischen Retikulum eine Voraussetzung, um falsch gefaltete und damit biologisch inaktive Proteine entfernen zu können. Ohne spezifischen Proteinabbauprozess wird das Gleichgewicht innerhalb der Zelle gefährdet, wodurch in weiterer Folge der Zelltod eintritt. Dieses Projekt zielte darauf ab, unser Verständnis für diese bedeutende zelluläre Funktion in Pflanzen zu verbessern. Die beteiligten Enzyme - spezifische alpha-Mannosidasen, welche diese mannosidischen N-Glykane herstellen - und deren biologische Funktion wurden mittels genetischer, molekularbiologischer und zellbiologischer Methoden in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana untersucht. Unsere Erkenntnisse zeigen, dass die Prozessierung von mannosidischen N-Glykanen für die Wurzelentwicklung und die Zellwandbiosynthese bedeutend ist. Weiters konnte bestätigt werden, dass einzelne Proteine aus der alpha-Mannosidase Familie auch bei der Erkennung von falsch gefalteten Proteinen und deren Abbau eine entscheidende Rolle spielen. Die alpha-Mannosidasen erzeugen das spezifische Signal für den Abbau der inaktiven Glykoproteine. Die Aufklärung dieses essentiellen Qualitätskontrollsystems kann in zukünftigen Arbeiten dazu führen, Pflanzen für veränderte Umweltbedingungen robuster zu machen.