Organellspezifität kerncodierter mitochondrieller und plastidärer Proteine
Genereller Importweg von kerncodierten Organellproteinen
Im Gegensatz zu anderen eukaryotischen Lebensformen besitzen Pflanzenzellen zwei energieumwandelnde Organellen, Mitochondrien und Chloroplasten, die beide durch Endosymbiose freilebender prokaryotischer Vorgänger (alpha-Proteobakterien bzw. Cyanobakterien) entstanden sind. Im Zuge ihrer Etablierung als Zellorganellen erfolgte eine teilweise Verlagerung von Genen der Mitochondrien und Chloroplasten in den Zellkern der Wirtszelle. Die kerncodierten Organellproteine werden im Cytosol als sogenannte Vorläuferproteine mit einem N-terminalen Transportsignal synthetisiert (Präsequenz bzw. Transitpeptid), welche die Information für die Erkennung durch und den Import in das Zielorganell beinhaltet. In den meisten Fällen der Organellproteine bedingt das Transitpeptid den Import in ausschließlich ein Zielorganell. Allerdings wurden in den letzten Jahren einige Proteine identifiziert, deren Transitpeptid den Import in mehrere Organellen ermöglicht. Dieses Phänomen wird als dual targeting bezeichnet. Trotz der dualen Lokalisierung eines Proteins ist es nicht in allen Fällen möglich, einem Protein eine Funktion in beiden Organellen zuzuschreiben. Unstrittig ist jedoch, dass Proteine mit einer dualen Lokalisierung in den meisten Fällen zufällig entdeckt wurden. Gegenwärtig ist immer noch relativ wenig über den Mechanismus des dual targeting, der intrazellulären Sortierung von Proteinen mit dualer Lokalisierung sowie über die Unterschiede von dualen und monospezifischen Transitpeptiden bekannt.
In unserer Arbeitsgruppe wurden in vorangegangenen Arbeiten über einen systematischen Ansatz (in silico) potentielle Proteine mit dualer Lokalisierung ermittelt. Die Lokalisierung dieser Kandidatenproteine wird durch verschiedene Proteintransportanalysen experimentell bestimmt. Dazu werden zum einen Mitochondrien und Chloroplasten aus grünem Pflanzengewebe simultan isoliert und der Transport radioaktiv markierter Kandidatenproteine in diese Organellen mittels Audioradiographie detektiert (in organello). Zum anderen werden proteincodierende Sequenzen mit einem Reporter, zum Beispiel EYFP (enhanced yellow fluorescent protein), fusioniert, dann mittels biolistischer Transformation in Epidermiszellen von Blattgewebe transferiert und die Lokalisierung der Proteine durch Fluoreszenzmikroskopie bestimmt (in vivo).
Ziel unserer Arbeitsgruppe ist es, Einblicke in die Häufigkeit des Auftretens von Proteinen mit dualer Lokalisierung zu erhalten und die gewonnenen Ergebnisse im Kontext der Evolution der Organellen und zellulären Mechanismen einzuordnen.
Projektrelevante Veröffentlichungen - Peer-reviewed journals
Langner U, Baudisch B, Klösgen RB (2014) Organelle import of proteins with dual targeting properties into mitochondria and chloroplasts takes place by the general import pathways. Plant Signal Behav doi: 10.4161/psb.29301 link
Baudisch B, Langner U, Garz I, Klösgen RB (2014) The exception proves the rule? Dual targeting of nuclear encoded proteins into endosymbiotic organelles. New Phytologist 201(1):80-90 link
Baudisch B, and Klösgen RB (2012) Dual targeting of a processing peptidase into both endosymbiotic organelles mediated by a transport signal of unusual architecture. Mol Plant 5,494-503 link
Cho K, Han Y, Woo JC, Baudisch B, Klösgen RB, Oh S, Han J, and Han O (2011) Cellular localization of dual positional specific maize lipoxygenase-1 in transgenic rice and calcium-mediated membrane association. Plant Sci 181,242-248 link
Rödiger A, Baudisch B, Langner U, and Klösgen RB (2011) Dual targeting of a mitochondrial protein: The case study of cytochrome c1. Mol Plant 4,679-687 link
Rödiger A, Baudisch B, and Klösgen RB (2010) Simultaneous isolation of intact mitochondria and chloroplasts from a single pulping of plant tissue. J Plant Physiol 167,620-624 link
Staiger C, Hinneburg A, and Klösgen RB (2009) Diversity in degrees of freedom of mitochondrial transit peptides. Mol Biol Evol 26,1773-1780 link