DBG · Nachwuchsförderung

Michelle Schlösser (Universität Bonn)

A: Verschiedene Algorithmen sagen für AtGRXC4 unterschiedliche Topologien oder auch die Sekretion als lösliches Protein vorher. B: Schematische Illustration der Redox-basierten Topologie Analyse (ReTA) bei der GRXC3 und GRXC4 am N- und C-Terminus mit roGFP2 fusioniert wurden. Die binär auszulesende Fluoreszenz von roGFP2 zeigt unmittelbar die Lokalisation im ER (oxidiert) oder im Cytosol (reduziert) an. C: Expression N- und C-terminaler Fusionen von GRXC4 mit roGFP2 in Nicotiana tabacum. Nach Aufnahme von zwei Bildern mit Anregung bei 405 nm (magenta) und 488 nm (grün) zeigt die Mischfarbe der überlagerten Einzelbilder (Merge) die Orientierung des Proteins in der Membran eindeutig an (grün: Cytosol; magenta: ER Lumen). Grafiken: Michelle Schlößer

Michelle Schlösser erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Bonn im Jahr 2021 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.

Titel: Charakterisierung der ER-lokalisierten Glutaredoxine GRXC3 und GRXC4 in Arabidopsis

Arabidopsis thaliana GRXC3 und GRXC4 sind Typ II-Membranproteine im ER-Lumen mit hoher in vitro Oxidationsaktivität gegenüber roGFP2 als Substrat, was vermuten lässt, dass die beiden Oxidoreduktasen an der Oxidation von Protein Thiolen im ER beteiligt sind.

Glutaredoxine der Klasse I (GRXs) sind kleine Oxidoreduktasen, die reduziertes Glutathion (GSH) als Cofaktor verwenden, um Substratproteine zu reduzieren oder zu oxidieren. Das Arabidopsis Genom kodiert für sechs GRXs der Klasse I, von denen man allgemein annimmt, dass GRXC3 und GRXC4 sekretiert werden. Einige Algorithmen zur Vorhersage von Transmembranproteinen sagen jedoch beide Proteine als Membranproteine mit einer einzelnen N-terminalen Transmembrandomäne (TMD) voraus, wenn auch mit unterschiedlichen Orientierungen in der Membran als Typ-I- oder Typ-II-Proteine. Während ein solcher Membrananker verhindern könnte, dass die Proteine sekretiert werden, erfordert die weitere funktionelle Analyse auch Kenntnisse über die Orientierung des Proteins relativ zur jeweiligen Membran. Die Fusion von GRXC3 und GRXC4 mit Redox-sensitivem GFP2 (roGFP2) an ihren N- und C-Termini und die transiente Expression in Tabak-Blättern zeigen, dass beide Proteine Typ II ER-Membranproteine sind, deren katalytische Domänen zum Lumen hin orientiert ist. Zusätzliche Studien, bei denen nur die TMDs mit roGFP2 fusioniert wurden, zeigten, dass die TMDs alleine ausreichen, um roGFP2 im ER zu halten, und daher wahrscheinlich als Membrananker fungieren, die gleichzeitig die Lokalisierung beider Proteine auf das ER beschränken.

Um die Funktion von GRXC3 und GRXC4 weiter zu untersuchen, wurden beide Proteine als rekombinante Proteine synthetisiert und aufgereinigt. Wie die cytosolischen Isoformen der gleichen Proteinfamilie sind beide Proteine in der Lage, roGFP2 als künstliches Substratprotein reversibel zu reduzieren und zu oxidieren. Überraschenderweise scheinen jedoch die katalytischen Eigenschaften von GRXC3 und GRXC4 im Vergleich zum cytosolischen GRXC1 in Richtung der oxidierenden Reaktionen verschoben zu sein, bei denen die Zugabe von Glutathiondisulfid zur Oxidation von roGFP2 führt.

Zusammenfassend zeigt diese Studie die Lokalisierung von GRXC3 und GRXC4, wobei die katalytischen Funktionen wahrscheinlich an der oxidativen Proteinfaltung im ER beteiligt sind. Die Ergebnisse dieser Masterarbeit bilden somit die Grundlage für die weitere funktionelle Analyse dieser Proteine.

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Michelle Schlösser fertigte die Arbeit am Institut am Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn unter Anleitung von Dr. José Ugalde und Prof. Dr. Andreas Meyer an.