Bedeutung von Methioninen im D1-Protein der Grünalge C. reinhardtii sowie deren potentielle Interaktion mit Methioninsulfoxid-Reduktasen unter oxidativen Stressbedingungen

Abstract

Methionine (Met) können in Interaktion mit Methioninsulfoxid-Reduktasen (MSR) als endogene Antioxidantien ihre Protein-Umgebung vor reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) schützen. Um zu klären, ob auch Met im D1-Protein von C. reinhardtii als endogene Antioxidantien (ROS-Scavenger) fungieren, wurden die Met 172, 183, 194 und 293, die sich in räumlicher Nähe zu den Chlorophyllen von PSII befinden, ausgetauscht. Diese Chlorophylle gelten als eine Hauptquelle von ROS in Pflanzen. Während der Austausch von Met 293 keine physiologischen Veränderungen bewirkte, führte der Austausch von Met 172, 183 bzw. 194 zu Einschränkungen des photoautotrophen Wachstums sowie zu einem verstärkten D1-Abbau der jeweiligen Mutante im Starklicht. Das Fehlen der Met als potentielle ROS-Scavenger könnte die intrazelluläre ROS-Konzentration erhöhen und damit D1-Schäden und D1-Abbau verstärken. Darüber hinaus konnte eine MSR vom Typ A im Kerngenom von C. reinhardtii identifiziert werden. MSRA2 wird unter oxidativen Stressbedingungen verstärkt transkripiert, ist offensichtlich im Chloroplasten lokalisiert und stellt damit einen potentiellen Kandidaten für eine endogenen Abwehr dar.

Methionines (met) can protect their protein environment as endogenous antioxidants against reactive oxygen species (ROS). It is unclear if also met of the D1 protein in the green algae C. reinhardtii act as endogenous antioxidants (ROS-scavenger). Met 172, 183, 194 and 293 that are localized close to the PSII chlorophylls were substituted in order to clarify this question. These chlorophylls are a main source of ROS in plant cells. Substitution of met 293 caused no physiological changes within the respective mutant. In contrast, the substitution of met 172, 183 and 194 caused decreased photoautotrophic growth and enhanced D1 degradation under high light. The lack of met as potential ROS scavenger in the mutants could increase the intracellular ROS concentration that could indeed enhance the damage and the degradation of the D1 protein. Furthermore, I could identify a MSR of type A in the nuclear genome of C. reinhardtii with an enhanced expression under oxidative stress conditions. It is assumed that MSRA2 is localized within the chloroplast. Hence, MSRA2 displays a potential candidate for an endogenous defense mechanism.