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The mechanism by which CML23/24 affects the circadian clock

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Die Rolle von Calcium in zirkadianen Rhythmen

Als Reaktion auf das tägliche Licht und die Temperaturzyklen haben die meisten Organismen eine zirkadiane Uhr mit 24-Stunden entwickelt. Untersuchungen zur Steuerung und Kontrolle dieser Uhr bei Pflanzen könnten zu einer besseren Ernteleistung führen und große Auswirkungen auf den Lebensmittel- und den Energiesektor haben.

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Die zirkadiane Uhr reguliert subzelluläre Abläufe wie Genexpression und Zellsignale, die sich bei höheren Organismen in Verhaltensweisen wie Flügelbewegung oder Nahrungssuche äußern. Die genetische Struktur des Netzwerks, das die zirkadianen Rhythmen in der kleinen, blühenden Pflanze Arabidopsis (Schaumkresse) kontrolliert, beinhaltet einen zentralen genetischen Oszillator. Es gibt Hinweise darauf, dass zirkadiane Schwankungen der Konzentration des freien Calciums im Zytosol ([Ca2 +] cyt) die Genexpression der zikadianen Uhr steuern. Wissenschaftler wandten mathematische Modellbildung, Molekularbiologie und Biochemie an, um zu bestimmen, welche Rolle, wenn überhaupt, die Dynamik der [Ca2 +]cyt für die Steuerung des zirkadianen Netzwerks spielt. Mit Unterstützung der EU untersuchten die Forscher im Projekt "The mechanism by which CML23/24 affects the circadian clock" (CIRCADIAN CLOCK) die Calcium-bindenden Proteine – die dem Calmodulin ähnlichen Proteine CML23 und CML24. Es könnte wichtige Auswirkungen auf eine selektive Pflanzenzüchtung und eine verbesserte Ernteleistung für die Erzeugung von Lebensmitteln und Biokraftstoffen haben, wenn man die zirkadianen Rhythmen von Pflanzen besser verstehen würde. Die Forscher untersuchten die wichtigsten molekularen Ziele der Proteine, die interagierenden Proteine sowie deren Auswirkungen auf die Oszillatorfunktion. Die Forscher suchten auch nach potenziellen genetischen Interaktionen zwischen CML23/CML24 und Genen, die Uhr/Licht signalisieren. Wissenschaftler konnten beweisen, dass die Ca2+-bindenden Proteine eine Rolle für die Steuerung der zirkadianen Uhr spielen, die vom Ca2+ abhängt. Wahrscheinlich fungieren sie als [Ca2+]cyt-Sensoren nach der Bindung des Ca2+. Darüber hinaus hat das Team Mutanten vorbereitet, um zu untersuchen, wie die Proteine die zirkadiane Uhr steuern und um aufzuklären, welche Faktoren auf das Gewebe wirken und die subzelluläre (zytosolische versus nukleare) Lokalisierung des CML23 und des CML24 beeinflussen. Schließlich identifizierten die Forscher mit bahnbrechenden Experimenten die einzigen bekannten Gene, die die zirkadiane Uhr beeinflussen können und auf [Ca2+]cyt reagieren. Zudem konnten sie beweisen, wo dies in der Kette des Signalwegs auftreten könnte. Die Ergebnisse von CIRCADIAN CLOCK bieten wichtige Einblicke in die Rolle, die CML23/CML24 und [Ca2+]cyt für die Funktionsweise der zirkadianen Uhr der Arabidopsis und die damit verknüpfte Genexpression spielen. Ein besseres Verständnis der zirkadianen Rhythmen könnte entscheidend sein, um die landwirtschaftliche Leistung für eine Vielzahl von Nutzpflanzen zu verbessern. Angesichts der umfassenden Funktion des [Ca2+]cyt für die Genexpression im Allgemeinen, könnten die Untersuchungen weiterreichende Auswirkungen auf viele Systeme und zahlreiche andere Wege haben.

Schlüsselbegriffe

Zirkadiane Uhr, Pflanzen, Ernteleistung, freies Calcium im Zytosol, Genexpression, CML23, CML24

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29 September 2021