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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-06-01 - 2023-05-31

The plant-specific family of arabinogalactan proteins (AGPs) is implicated with a multitude of biological functions and their O-glycan might be crucial for either ligand interactions or for crude biophysical or structural protein properties. In this research proposal, however, I propose a role of O-glycosylation of the AGP type for protein fate by introducing the concept of an O-glycosylation checkpoint. I discuss evidence for the importance of O-glycosylation for protein fate in all eukaryotes and specifically describe the case of the moderately O-glycosylated FASCICLIN-LIKE ARABINOGALACTAN PROTEIN 4 (FLA4) from Arabidopsis thaliana. FLA4 abundance and localization strongly depends on its O-glycosylation. With a set of hydroxyproline-specific galactosyl transferases FLA4 acts in a linear genetic pathway necessary for normal root growth, salt tolerance and seed coat structure. Using FLA4 as genetic paradigm for a functional O-glycoprotein, I suggest hypothetical models of where and how O-glycosylation might influence the fate of plant proteins. I propose experimental approaches to elucidate the genetic and molecular mechanisms that determine the fate of FLA4 in dependence of its O-glycosylation status. Precise definition of proline hydroxylation and -glycosylation as well as molecular identification of crucial modification sites on FLA4, the cell biological elucidation of the involved organelles and the investigation of the degradation mechanism will comprise the first example for an endogenous plant protein that is controlled by its O-glycosylation state. Forward genetic isolation and next generation sequencing-based identification of suppressors of O-glycan dependent control of FLA4 abundance will provide novel genetic components of this process. A remarkable set of signalling proteins that have not previously been considered to be O-glycosylated, potentially also contain this modification. Therefore, it is likely that the O-glycan checkpoint acts on various regulatory pathways. The outcomes of this project will provide an important contribution to our fundamental knowledge of protein glycosylation and proteostasis and might thus contribute to improved stress tolerance of crop plants and the use of plants as factories
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-02-01 - 2022-01-31

Glykosylierung zählt zu den häufigsten Formen der Proteinmodifizierung in allen Eukaryonten. Die proteingebundenen Zuckerketten beeinflussen zahlreiche biologische Prozesse und sind damit essenziell für die Entwicklung von Organismen und deren Anpassung an veränderte Umweltbedingungen. Die Übertragung eines speziellen Oligosaccharides erfolgt während der Proteinbiosynthese in einem bestimmten Bereich der Zelle, dem sogenannten endoplasmatischen Retikulum (ER). Im ER spielt das übertragene Oligosaccharid eine kritische Rolle bei der Faltung und Qualitätskontrolle von Proteinen. Für den Transfer des Oligosaccharides auf die wachsende Polypeptidkette ist die Oligosaccharyltransferase (OST), ein aus mehreren Untereinheiten bestehender Membranproteinkomplex, verantwortlich. Im Gegensatz zu anderen Organismen ist dieser OST-Komplex in Pflanzen kaum untersucht. In Vorarbeiten wurden Hinweise gefunden, die auf eine unterschiedliche Zusammensetzung und Funktion des OST-Komplexes in Pflanzen schließen lassen. Ziel dieses Projektes ist es, den OST-Komplex der Modellpflanze Arabidopsis thaliana und den zugrundeliegenden Mechanismus für diese spezifische Proteinglykosylierung zu erforschen. Um den Prozess zu verstehen, ist es nun notwendig, die einzelnen Untereinheiten des OST-Komplexes mittels molekularbiologischer und biochemischer Methoden zu erkunden. Die Ergebnisse aus dem Projekt werden das Verständnis dieses essenziellen, zellulären Prozesses wesentlich verbessern und können zu neuen Strategien führen, um Pflanzen für biotechnologische Anwendungen besser nutzbar zu machen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-05-01 - 2021-10-31

Die proteinmodifizierende beta-Galaktosidase von Tabak Die Tabak-verwandte Pflanzenart Nicotiana benthamiana wird zunehmend als Alternative zu tierischen Zellen für die Herstellung von rekombinanten pharmazeutischen Proteinen verwendet. Glykosylierung zählt zu den häufigsten Formen der Proteinmodifizierung in allen Eukaryonten. Die proteingebundenen Zuckerketten beeinflussen zahlreiche biologische Prozesse und sind essenziell für die Entwicklung von Organismen und es gibt zunehmend Hinweise auf eine wichtige Rolle der Zuckerketten für die Wirksamkeit von pharmazeutischen Proteinen. Die Zuckerketten der in Pflanzen hergestellten pharmazeutischen Proteine sind jedoch nicht ident mit denen des Menschen. In den letzten Jahren hat das Team der Antragstellerin eine Methode zur kontrollierten Herstellung von genau definiert proteingebundene Zuckerketten in Pflanzen etabliert. Mit der Methode konnten sehr erfolgreich Antikörpervarianten mit human-spezifischem Glykosylierungsmuster erzeugt und funktionell getestet werden. Bei anderen pharmazeutischen Proteinen wurden jedoch verkürzte Zuckerketten gefunden, bei denen ein wichtiger Zucker, eine Galaktose, abgespalten wurde. Die dafür verantwortlichen Enzyme, beta-Galaktosidasen, sollen in diesem Projekt in N. benthamiana identifiziert und charakterisiert werden. In weiterer Folge, werden Pflanzenlinien generiert, in denen die Expression der identifizierten beta-Galaktosidase blockiert ist. Neben dem biotechnologischen Aspekt, ermöglicht das Projekt die Untersuchung einer bisher weitgehend unbekannten Enzym-Familie in Pflanzen, die eine Rolle bei der pflanzlichen Zellwand-Biosynthese spielt.

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