Madita Sophie Knieper (Universität Bielefeld)
Die Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerase CYP20-3 ist ein wichtiger Knotenpunkt im Redox-regulatorischen Netzwerk des Chloroplasten und wirkt sich unter Anderem durch Interaktion mit SAT1 bzw. 2-CP auf die Thiolsynthese sowie die Entgiftung von ROS aus. Das Oxylipin 12-Oxophytodiensäure, welches in einem mehrstufigen Prozess aus α-Linolensäure synthetisiert wird, zeigt einen Redox-abhängigen regulatorischen Effekt auf die Aktivität von Cyp20-3. Proteinstrukturen wurden mittels SWISS MODEL erstellt und basieren auf folgenden Templates: 1f8n.1.A (LOX2), 1zvc.1.A (AOC2), 3.cli.1.A (AOS), 4vrf.1.A (Cyp20-3), 6jvu.1.A (SAT1) und 5zte.1.A (2-CP). Graphik: Madita Knieper
Madita Sophie Knieper erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Bielefeld im Jahr 2021 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.
Titel: Die Funktion des Cyclophilins CYP20-3 im Redox-regulatorischen Netzwerk des Chloroplasten
Die Arbeit zeigt die Redox-abhängige Modulation der Aktivität der Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerase CYP20-3, einem regulatorischen Knotenpunkt im Thiol-abhängigen Redox-Netzwerk des Chloroplasten, durch das Oxylipin 12-Oxophytodiensäure, welche eine enge Kopplung von Stressoren wie etwa Verwundung und Schutzmechanismen wie erhöhte Thiolsynthese nahelegt.
Der Chloroplast ist nicht nur ein metabolisch zentrales Kompartiment der Pflanzenzelle sondern fungiert als Umweltsensor, der u.a. Redox- und hormonelle Regulation koordiniert. Das im Stroma des Chloroplasten lokalisierte Cyclophilin CYP20-3 ist ein Protein mit mindestens vier Funktionen: Target der Thiol-Redox-Regulation, Bindepartner des 2-Cystein Peroxiredoxins, Rezeptor für Oxylipine und Regulator des Cystein-Synthasekomplexes. Ihm kommt eine wichtige Funktion bei der pflanzlichen Reaktion auf oxidativen Stress zu.
Das α-β-ungesättigte zyklische Keton 12-Oxophytodiensäure (12-OPDA) wird im Chloroplasten durch eine kurze Enzymkaskade aus 13-Lipoxygenasen, Allenoxid-Synthase und Allenoxid-Cyclase mit α-Linolensäure als Ausgangssubstrat synthetisiert. Die Synthese wird im Starklicht, nach Verwundung und anderen Stresseinwirkungen stimuliert. 12-OPDA ist eigenständiger Regulator und zusätzlich Vorstufe der Jasmonsäure.
Um die regulatorische Funktion des 12-OPDA auf die Aktivität von CYP20-3 tiefergehend zu untersuchen, wurde 12-OPDA mittels der rekombinant hergestellten Enzyme synthetisiert und über rp-HPLC gereinigt. Daraufhin wurde CYP20-3 Wildtyp-Protein sowie zwei CysteinàSerin-Varianten mit 12-OPDA inkubiert und die Peptidyl-Prolyl-cis/trans-Isomerase-Aktivität photometrisch vermessen. Überraschend führte die Inkubation mit 12-OPDA zu einem ambivalenten Effekt auf die katalytische Aktivität des CYP20-3. Während reduziertes Protein gehemmt wurde, wurde oxidiertes durch 12-OPDA aktiviert. Dieses Muster ließ sich sowohl für das Wildtyp-Protein als auch für eine der CysteináSerin-Varianten (C129S) beobachten; eine andere Variante (C176S) hingegen zeigte keinerlei Aktivitätsänderung durch 12-ODPA. Daher kann gefolgert werden, dass der Cystein-Rest 176 essentiell für die Bindung von 12-OPDA an CYP20-3 ist.
Diese und weitere Ergebnisse der Arbeit vertiefen unser Verständnis des Zusammenspiels zwischen 12-OPDA und Thiol-Redoxregulation am Beispiel des CYP20-3. CYP20-3 ist ein Knotenpunkt der Signalintegration unter verschiedenen Stressbedingungen.
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Madita Sophie Knieper fertigte die Arbeit an der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld in der Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Dr. Karl-Josef Dietz an.