Mannosidase-Komplexe zum Abbau von Glykoproteinen

In allen eukaryontischen Zellen spielt das endoplasmatische Retikulum (ER) eine zentrale Rolle bei der Proteinbiosynthese. Im ER-Lumen findet die Faltung neu synthetisierter sekretorischer und Membranproteine statt. Richtig gefaltete und zusammengesetzte Proteine verlassen das Organell und setzen ihre Reise auf dem sekretorischen Weg fort. Die Proteinfaltung ist jedoch fehleranfällig und die Anhäufung von falsch gefalteten oder überschüssigen Proteinen gefährdet das zelluläre Gleichgewicht und damit das Überleben von Organismen. Dieses zelluläre Gleichgewicht ist besonders gefährdet unter widrigen Umweltbedingungen. Folglich haben Zellen ausgeklügelte Qualitätskontrollprozesse etabliert, die den Export von biologisch aktiven Proteinen und die Eliminierung nicht -nativer Proteine sicherstellen. An diesen Qualitätskontrollprozessen sind Proteine beteiligt, die faltungsdefekte Proteine erkennen und durch einen genau kontrollierten Proteinabbauprozess, der als ER - assoziierter Abbau (ERAD) bekannt ist, gezielt zerstören. Der Abbau von faltungsdefekten Glykoproteinen wird im Lumen des ER eingeleitet. Die spezifischen Proteine, welche die fehlgefalteten Glykoproteine erkennen und ihr Schicksal bestimmen, sind jedoch noch unbekannt. Wir vermuten, dass Proteinkomplexe, bestehend aus Alpha -Mannosidasen und Thioredoxinen, Schlüsselfaktoren in diesem Prozess sind. Die Rolle dieser Komplexe soll mit genetischen, biochemischen und zellbiologischen Ansätzen untersucht werden. Das Projekt wird dazu beitragen, Mechanismen der Proteinqualitätskontrolle in Pflanzen besser zu verstehen, was langfristig zu neuen Strategien zur Verbesserung der Pflanzenfitness unter sich ständig ändernden Umweltbedingungen führen wird.

Pflanzen sind als sessile Organismen ständig wechselnden Umweltbedingungen wie Hitze, Trockenheit oder erhöhtem Salzgehalt ausgesetzt. Diese Stressfaktoren können die korrekte Faltung von Proteinen stören und so die Funktion von Zellen beeinträchtigen. Um Schäden durch fehlgefaltete Proteine zu vermeiden, verfügen Pflanzen über ein effizientes System der Proteinqualitätskontrolle, das fehlerhafte Proteine erkennt und gezielt abbaut. Im Rahmen dieses Projekts wurden bislang unbekannte Mechanismen untersucht, die den Abbau fehlgefalteter Glykoproteine im endoplasmatischen Retikulum einleiten. Dabei konnten spezifische Proteinkomplexe aus -Mannosidasen und Thioredoxin-ähnlichen Proteinen identifiziert sowie ihre Wechselwirkungen charakterisiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Proteindisulfid-Isomerase direkt mit fehlgefalteten Proteinen interagiert und deren Abbau beeinflusst. Darüber hinaus wurde ein weiteres Thioredoxin-ähnliches Protein mit bislang unbekannter Funktion identifiziert, das ebenfalls zur Proteinqualitätskontrolle beiträgt. Die gewonnenen Erkenntnisse erweitern das Verständnis der molekularen Prozesse, mit denen Pflanzen ihre Proteine unter Stressbedingungen überwachen und beschädigte Proteine entfernen. Langfristig kann dieses Wissen dazu beitragen, Strategien für die Entwicklung widerstandsfähigerer Kulturpflanzen zu unterstützen, die besser an sich verändernde Umweltbedingungen angepasst sind.