R06: Phase Trennung von RS Spleißen Regulierungsbehörden als a Modulator von Lichtabhängig Pflanze Entwicklung

In diesem Projekt wird die Dynamik der lichtaktivierten Bildung von Kondensaten aus Spleißregulierungsproteinen experimentell und durch Simulation untersucht. Dies ist ein Beispiel für einen Phasentrennungsprozess, der auf äußere Reize reagiert und mit der Morphogenese von Pflanzen verbunden ist. Alternatives Spleißen (AS) trägt zur Regulierung der eukaryotischen Entwicklung bei, doch die Mechanismen, durch die komplexe AS-Muster koordiniert werden, sind kaum bekannt. Zuvor hatten wir das Auftreten von licht- und saccharoseausgelösten AS in etiolierten Keimlingen nachgewiesen und RS-Proteine, eine Unterfamilie von Serin/Arginin-reichen Proteinen (SR-Proteine), die durch eine Arginin/Serin-reiche Domäne (RS) gekennzeichnet sind, als Regulatoren der lichtabhängigen AS und der Keimlingsentwicklung identifiziert. Die RS-Proteine werden bei Beleuchtung und Saccharosezufuhr rasch phosphoryliert, was mit ihrer Umlokalisierung aus dem Nukleoplasma in Kernflecken einhergeht. Darüber hinaus lieferten unsere Studien mit rekombinanten RS-Proteinen den ersten Nachweis für die Bildung von Kondensaten in vitro. Hier planen wir in vitro Untersuchungen zur Phasentrennung, biochemische Charakterisierung der gebildeten RS-Proteinkomplexe in vivosowie theoretische und computergestützte Modellierungsansätze, um die Bildung und den Zerfall von RS-Proteinsprenkeln im Zusammenhang mit ihren physiologischen Funktionen zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf den Auswirkungen von Änderungen der Phosphorylierung liegt. Die Untersuchung der Phasentrennung in RS-Proteinen stellt eine interessante Herausforderung für die theoretische Modellierung dar, da sie nicht nur ungeordnet sind, sondern auch große gefaltete Domänen enthalten, die sich innerhalb eines Kondensats entfalten und wieder entfalten können. Um solche Effekte zu erfassen, werden wir ein hochentwickeltes United-Residue-Kraftfeld für Proteine - das UNRES-Kraftfeld, das ursprünglich für die Untersuchung der Proteinfaltung entwickelt wurde - mit sehr grobkörnigen Simulationen und feldbasierter theoretischer Modellierung kombinieren. Ein Schwerpunkt wird auf dem Zusammenspiel von Phasentrennung und anderen Modi der molekularen Selbstorganisation liegen. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden neue Einblicke in i) die Funktionen der Phasentrennung und ihre Multikomponenten-Natur bei der AS-Kontrolle während der Keimlingsentwicklung, ii) die Mechanismen der Phasentrennung bei teilweise gefalteten Proteinen, iii) die Auswirkungen der Phosphorylierung auf die Phasentrennung und (in späteren Förderperioden) iv) die Nichtgleichgewichtsdynamik der Phasentrennung und der Tröpfchenlokalisierung in einer fluktuierenden inhomogenen Umgebung liefern. Diese Erkenntnisse könnten eine breitere Bedeutung für die AS-gesteuerte Entwicklung haben und für die Konstruktion synthetischer Regelkreise verwendet werden.