Beschreibung

Jasmonsäure (JA) ist ein Phytohormon, welches sowohl bei der Regulation abiotischer und biotischer Stressantworten, als auch bei verschiedenen Entwicklungsprozessen der Pflanzen eine wichtige Rolle einnimmt. Die Oxophytodiensäurereduktase 3 (OPR3) ist maßgeblich an der Biosynthese der JA beteiligt und katalysiert dabei einen entscheidenden Schritt in den Peroxisomen: die Umsetzung des JA-Vorläufers 12-Oxophytodiensäure (OPDA) zu OPC-8:0. Nach Verwundung oder Herbivorie akkumulieren innerhalb weniger Minuten JA und ihre bioaktive Form JA-Ile. Diese schnelle und transiente Zunahme könnte durch posttranslationale Aktivierung der JA-Biosyntheseenzyme erklärt werden. Die Beobachtung, dass OPR3 als sich selbst-inhibierendes Dimer kristallisiert, führte zu der Hypothese, dass der rasche JA-Anstieg durch reversible Dimerisierung der OPR3 ermöglicht wird und die Regulation durch Phosphorylierung/Dephosphorylierung erfolgen könnte. Es wird davon ausgegangen, dass die inaktive Form von OPR3 ein Homodimer darstellt, das durch Phosphorylierung stabilisiert wird. Weiterhin wird angenommen, dass in Antwort auf einen Stimulus dieses Dimer durch posttranslationale Modifikation (z. B. Dephosphorylierung an Position Y365) in ein aktives Monomer übergeht und anschließend, wenn es nicht mehr benötigt wird, durch Phosphorylierung erneut dimerisiert. In dieser Arbeit konnte mittels zweier Fluorophor-basierender Methoden (BiFC und FRET) die Dimerisierung der OPR3 aus Arabidopsis thaliana sowohl in Zwiebelepidermiszellen als auch in unterschiedlichen Organen von Arabidopsis beobachtet werden. OPR3-Varianten (AtOPR3E292K und AtOPR3Y365F) zeigten ein verringertes Dimerisierungspotential. Damit wurden zum ersten Mal die Homodimerisierung der OPR3 in vivo und die Bedeutung einzelner Aminsosäuren für die Dimerisierung nachgewiesen. Die Hypothese einer reversiblen OPR3-Dimerisierung und Aktivierung der JA-Synthese durch Bildung des OPR3-Monomers konnte durch zwei entscheidende Beobachtungen erhärtet werden. Sowohl nach Verwundung, als auch während der frühen Phasen der Antherenentwicklung, in denen Pflanzen JA benötigen, verschob sich das Monomer/Dimer Gleichgewicht von OPR3 in Richtung des Monomers. Dass eine posttranslationalen Modifikation für die OPR3-Dimerisierung notwendig ist, steht in Einklang mit der Beobachtung, dass OPR3 bei Expression in S. cerevisiae nicht in der Lage ist zu dimerisieren. Offenbar erfordert die Dimerisierung weitere Faktoren, die in Hefezellen nicht vorliegen. Eine Proteinkinase, welche für diese posttranslationale Modifikation der OPR3 verantwortlich ist, wurde in dieser Arbeit nicht identifiziert. Doch der Nachweis einer OPR3-Dimerisierung im Cytosol führte zu der Schlussfolgerung, dass die Kinase nicht notwendigerweise peroxisomal lokalisiert sein muss und dass die Suche auf cytosolisch lokalisierte Proteinkinasen ausgeweitet werden kann.