Baustein für ein längeres Leben

Heidelberger Pflanzenforscher identifizieren Schlüsselprotein in einem Mechanismus, der die Lebensdauer von Proteinen steuert.

Proteine sind existenzielle Bausteine des Lebens, die auch bei Pflanzen vielfältige Funktionen besitzen. Eine durchschnittliche Pflanzenzelle enthält mehr als zwanzig Billionen Proteinmoleküle, die den Stoffwechsel der Zelle aufrechterhalten und ihre Struktur stabilisieren. Wissenschaftler am Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg haben jüngst einen zellulären Mechanismus aufgeklärt, der die Lebensdauer pflanzlicher Proteine verlängert. Nun haben sie ein Schlüsselprotein identifiziert, das diesen als N-terminale Acetylierung bezeichneten Mechanismus reguliert.

Die N-terminale Acetylierung ist eine chemische Markierung, die bereits bei der Herstellung von Proteinen vorgenommen wird. Dazu bringen Pflanzen einen Essigsäurerest am Beginn des Proteins an. Dieser Essigsäurerest schützt einen Großteil der Proteine vor dem Abbau durch das sogenannte Proteasom, das wie eine Art molekularer Schredder wirkt. Nach Angaben der Heidelberger Forscher unter Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Hell und Dr. Markus Wirtz handelt es sich bei dem nun identifizierten Schlüsselprotein um das sogenannte Huntingtin Yeast Interactor Protein K (HYPK). Es fördert die N-terminale Acetylierung und verlängert damit die Lebensdauer von pflanzlichen Proteinen. Dies ist unter anderem für die Anpassung an Umweltbedingungen von Bedeutung.

Die regulatorische Funktion des HYPK-Proteins hat das Heidelberger Team an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) untersucht. Die Pflanze aus der Familie der Kreuzblütler ist aufgrund ihres gut erforschten Genoms ein beliebter Modellorganismus. Die Forschungen an gentechnisch veränderten Pflanzen haben gezeigt, dass sich die Lebensdauer von Proteinen verkürzt, wenn das HYPK-Protein nicht vorhanden ist und keine N-terminale Acetylierung stattfindet. Gleichzeitig kommt es zu einer erhöhten Resistenz der Pflanzen gegen andauernde Trockenheit. Rüdiger Hell: „Wie diese verbesserte Trockenresistenz zustande kommt, ist Gegenstand unserer aktuellen Forschungsarbeiten.“

In Kooperation mit Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking (China) unter Leitung von Prof. Dr. Yonghong Wang fanden die Heidelberger Wissenschaftler außerdem heraus, dass HYPK nicht nur in der Ackerschmalwand, sondern auch in Reis, einer der ältesten Nutzpflanzen der Welt, seine regulatorische Funktion erfüllt. Im Körper des Menschen und in vielen Pilzarten kommt das Protein ebenfalls vor. „Bei der Acetylierung und deren Steuerung durch HYPK scheint es sich um einen Mechanismus zu handeln, der vor mehreren Milliarden Jahren entstand und bis heute in ganz unterschiedlichen Organismen erhalten geblieben ist“, erklärt Markus Wirtz.

Die Heidelberger Grundlagenforschung zur Protein-Acetylierung wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Die Ergebnisse der aktuellen Arbeiten wurden in den Fachzeitschriften „Science Advances“ und „Molecular Plant“ veröffentlicht.

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Prof. Dr. Rüdiger Hell
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ruediger.hell@cos.uni-heidelberg.de

Originalpublikation:

P. Miklánková et al.: HYPK promotes the activity of the Nα-acetyltransferase A complex to determine proteostasis of nonAc-X2/N-degron-containing proteins. Science Advances (15 June 2022), DOI: 10.1126/sciadv.abn6153

X. Gong et al.: OsHYPK-mediated protein N-terminal acetylation coordinates plant development and abiotic stress responses in rice. Molecular Plant (4 April 2022), https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.03.001

Weitere Informationen:

http://www.cos.uni-heidelberg.de/en/research-groups/molecular-biology-of-plants/… – Arbeitsgruppe von Markus Wirtz
http://www.cos.uni-heidelberg.de/de/forschungsgruppen/molekulare-biologie-der-pf… – Arbeitsgruppe von Rüdiger Hell
http://www.uni-heidelberg.de/de/newsroom/schutz-vor-dem-molekularen-schredder – Pressemitteilung „Schutz vor dem molekularen Schredder“

https://www.uni-heidelberg.de/de/newsroom/baustein-fuer-ein-laengeres-leben