Saltzstress-Signaltransduktion zum Chromatin

Kontamination von Böden mit Salz ist ein schwerwiegender Stress für Pflanzen und beeinträchtig denweltweiten landwirtschaftlichen Ertrag. Pflanzenreagieren auf Hochsalzbedingungen mit vielfältigen, komplexen Mechanismen wie zum Beispiel der Anpassung der Genexpression. Proteinkinasen spielen eine entscheidende Rolle in der Regulierung der Genexpression indem sie Transkriptionsfaktoren und ko-regulatorische Proteine phosphorylieren. Proteinkinasen können jedoch auch durch die Bindung an Promotoren und kodierene Regionendie Genexpressionmodifizieren. Die Bedeutung von Stress- Signaltransduktions-Proteinkinasen für die Regulation von Chromatin Prozessen in Pflanzen ist jedoch noch unbekannt. In unserer jüngsten Arbeit haben wir eine, für Salzstresstoleranz wichtige Proteinkinase identifiziert, die mit Histonen und AtDEK3 interagieren kann. AtDEK3 ist ein neues Pflanzen-Chromatin Protein, das wir als Regulator der Chromatin-Zugänglichkeit und der Salzstresstoleranz identifiziert haben. In diesem Projekt streben wir an (i) die Chromatin- Targets der Proteinkinase zu identifizieren (ii) die Interaktion zwischen der Proteinkinase und AtDEK3 zu charakterisieren und (iii) die Rolle der Proteinkinase und AtDEK3 in der Genexpression unter Salzstressbedingungen zu analysieren. Die Studien werden an der Modelpflanze Arabidopsis thaliana durchgeführt. Wir werden molekulare, genetische und biochemische Methoden mit physiologischen Analysen kombinieren und erwarten neue Erkenntnisse, wie Signaltransduktion mit Chromatin-assoziierten Prozessen unter Salzstressbedingungen verknüpft sind.

SIGNALÜBERMITTLUNG VON SALZSTRESS ZUM CHROMATIN Im Zellkern von Eukaryonten ist die DNA dicht in Chromatin verpackt. Trotz dieser komplexen Packung ist das Chromatin sehr dynamisch und ermöglicht die präzise Steuerung verschiedener biologischer Prozesse. Das Gleichgewicht zwischen eingeschränktem Zugang und der Öffnung von regulatorischen Sequenzen auf der DNA trägt zur komplexen Regulierung der Genexpression bei und muss an die vorherrschenden Bedingungen angepasst werden. Dies wird durch sogenannte Chromatin-remodellierende Proteine fein abgestimmt. Trotz der großen und weit verbreiteten Bedeutung der Regulierung der Zugänglichkeit des Chromatins ist unser Wissen darüber, wie Signale an das Chromatin weitergeleitet werden, begrenzt. Es ist bekannt, dass die Familie der Glykogen-Synthase-Kinasen 3 (GSK3) die Genexpression durch Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren reguliert. Unsere Arbeit hat nun eine neue Funktion der GSK3-Kinasen bei der Transkriptionsregulierung aufgezeigt, die über die Regulierung durch die Phosphorylierung von Transkriptionsfaktoren hinausgeht und die Modulation der Chromatinstruktur umfasst. Unerwartet fanden wir heraus, dass ASK, ein Mitglied der GSK3-Familie aus Arabidopsis thaliana, mit dem Chromatinprotein DEK3 interagiert und es phosphoryliert. DEK3 ist ein evolutionär konserviertes Chromatin-Architekturprotein, das verschiedene wichtige Chromatin bezogene Prozesse reguliert. Bemerkenswerterweise verändert diese spezifische Phosphorylierung die Zusammensetzung des DEK3-Proteinkomplexes, beeinflusst die Nukleosomen Besetzung und die Zugänglichkeit des Chromatins, was sich in Veränderungen in der Expression von DEK3-Zielgenen niederschlägt. Wir haben gezeigt, dass ASK eine neue stressaktivierte Proteinkinase ist, die die Salzstressresistenz positiv reguliert. Umfassende biochemische Daten und genetische Analysen zeigten, dass die Phosphorylierung von DEK3 durch ASK zur Salzstresstoleranz beiträgt. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse schlagen wir ein Modell vor, in dem die GSK3-basierte Signalgebung direkt mit dem Chromatin verbunden ist. Neben den Stressantworten haben Mitglieder der GSK3-Familie in Pflanzen wichtige regulatorische Funktionen bei der Entwicklung und der Übertragung von Hormonsignalen. Daher tragen unsere Daten nicht nur zur Entschlüsselung der molekularen Interaktion zwischen der GSK3-Signalkinase ASK und dem Chromatinarchitektur-Protein DEK3 bei sondern könnten auch eine Bedeutung haben, die über ein besseres Verständnis der Signalübertragung auf das Chromatin unter Salzstress hinausgehen.