Die Dynamik von O-GlcNAcylierung in Pflanzen

Die Weiterleitung von Informationen innerhalb einer Zelle ist von fundamentaler Bedeutung für das Funktionieren zellulärer Prozesse. Das gilt für sowohl für grundlegende Vorgänge wie Zellwachstum und -teilung, aber auch für die Reaktion auf Änderungen in der Umwelt. Die Übertragung solcher Informationen erfolgt oft über das Modifizieren von Proteinen. Eine von vielen Möglichkeiten Proteine zu modifizieren ist das Anhängen des kleinen Zuckermoleküls Glucosamin (GlcNAc). Dieser Prozess wird O-GlcNAcylierung genannt, und wird in tierischen Zellen von einem einzigen Enzym bewerkstelligt, der O-GlcNAc Transferase, oder OGT. Ein zweites Enzym, die O-GlcNAc Hydrolase (OGA) kann den GlcNAc-Rest wieder abspalten, und in tierischen Zellen ist dieser Vorgang äußerst dynamisch. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang, dass die Modifizierung in Antwort auf bestimmten Stress vermehrt stattfindet, und auch auf die verfügbare Menge an Zucker in der Zelle abgestimmt ist. Damit stellt diese Modifizierung für die Zelle eine Möglichkeit dar, auf den Ernährungszustand zu reagieren, und weitere Prozesse darauf abzustimmen. Während O-GlcNAcylierung in tierischen Zellen mittlerweile gut erforscht ist, sind in Pflanzen in diesem Zusammenhang noch viele Fragen offen. So ist zu Beispiel das pflanzliche OGA-Enzym bisher nicht entdeckt worden, und es sind erst sehr wenige Proteine bekannt, die tatsächlich diese Modifizierung aufweisen. Allerdings ist O-GlcNAcylierung auch in Pflanzen unerlässlich und notwendig für die Entwicklung keimfähiger Samen. In dem vorliegenden Projekt schlage ich deshalb Experimente vor, die helfen sollen unsere Wissenslücken über O-GlcNAcylierung in Pflanzen zu schließen. Im Besonderen soll erforscht werden, ob die Modifizierung dynamisch ist, und ob sie durch Änderungen in der Wachstumstemperatur sowie der Verfügbarkeit von Nährstoffen beeinflußt wird. Diese Fragen sind besonders für Pflanzen von Bedeutung, da Pflanzen in hohem Ausmaß flexibel auf Umwelteinflüsse reagieren müssen. Die hier vorgeschlagenen Experiments sollen deshalb klären, ob O-GlcNAcylierung in Pflanzen dynamisch ist, und so zur Adaptionsfähigkeit beiträgt.

Die Weiterleitung von Informationen innerhalb einer Zelle ist von fundamentaler Bedeutung für das Funktionieren zellulärer Prozesse. Das gilt für sowohl für grundlegende Vorgänge wie Zellwachstum und -teilung, aber auch für die Reaktion auf Änderungen in der Umwelt. Die Übertragung solcher Informationen erfolgt oft über das Modifizieren von Proteinen. Eine von vielen Möglichkeiten Proteine zu modifizieren ist das Anhängen von kleinen Zuckermolekülen (N-Acetylglucosamin (GlcNAc), oder Fucose). Diese bestimmte Form von O-Glykosilierung wird in tierischen Zellen von einem einzigen Enzym bewerkstelligt, der O-GlcNAc Transferase, oder OGT. Ein zweites Enzym, die O-GlcNAc Hydrolase (OGA) kann den GlcNAc-Rest wieder abspalten, und in tierischen Zellen ist dieser Vorgang äußerst dynamisch. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang, dass die Modifizierung in Antwort auf bestimmten Stress vermehrt stattfindet, und auch auf die verfügbare Menge an Zucker in der Zelle abgestimmt ist. Damit stellt diese Modifizierung für die Zelle eine Möglichkeit dar, auf den Ernährungszustand zu reagieren, und weitere Prozesse darauf abzustimmen. Während O-GlcNAcylierung in tierischen Zellen mittlerweile gut erforscht ist, sind in Pflanzen in diesem Zusammenhang noch viele Fragen offen. So ist zu Beispiel das pflanzliche OGA-Enzym bisher nicht entdeckt worden, und es sind erst sehr wenige Proteine bekannt, die tatsächlich diese Modifizierung aufweisen. Allerdings ist O-GlcNAcylierung auch in Pflanzen unerlässlich und notwendig für die Entwicklung keimfähiger Samen. In diesem Projekt wurden deshalb Experimente durchgeführt, die helfen sollen unsere Wissenslücken über diese Art der O-Glykosilierung in Pflanzen zu schließen. Im Besonderen wurde erforscht werden, ob die Modifizierung dynamisch ist, und ob sie durch Änderungen in der Wachstumstemperatur sowie der Verfügbarkeit von Nährstoffen beeinflußt wird. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese From der O-Glykosilierung nicht generell von der Umgebungstemperatur abhängt, aber dass O-GlcNAc und O-Fucose in Pflanzen streng reguliert werden und miteinander abgeglichen werden.