Zelluläre Trojaner helfen gegen Salzstress

Was war die Frage hinter dieser Arbeit? Mithilfe eines hölzernen Pferdes gelang den Griechen, nach Troja einzudringen und die Stadt zu erobern. Pflanzenzellen mit ihrer festen Zellwand sind der Festung Troja durchaus zu vergleichen. Um sie unter Kontrolle zu bringen, wird gewöhnlich Gentechnik (genetic engineering) eingesetzt, indem man DNS in das Erbgut einbringt, die für die gewünschte Eigenschaft kodiert. Gibt es auch einen anderen Weg, die Zelle unmittelbar zu manipulieren, ohne den Umweg über die Gene nehmen zu müssen?Genau dies haben wir in dieser Arbeit erfolgreich umgesetzt:

Wie sind wir diese Frage angegangen? In einer Kooperation zwischen der Arbeitsgruppe von Ute Schepers (Institut für Toxikologie und Genetik) und Peter Nick (Botanisches Institut) konnten nach mehreren Jahren Arbeit “Chemische Trojaner” entwickelt werden, die gezielt in die Mitochondrien der Pflanzenzelle eindringen, also dort, wo mithilfe von Atmung Energie erzeugt wird. Sauerstoff ist für die Zelle eine riskante Angelegenheit, weil hier sehr leicht reaktive Sauerstoffspezies entstehen können, die allerlei Schaden anrichten. Dies passiert vor allem dann, wenn die Zelle unter Stress gerät und ist übrigens einer der Gründe, warum auch bei uns Menschen Stress auch zu körperlichen Schäden führt. Unser Trojanisches Pferd schleuste nun nicht blutdürstige Krieger ein, sondern das eine Variante von Coenzym Q10, das reaktive Sauerstoffspezies sehr wirksam abfangen kann.

Was kam heraus? Wir zeigen in dieser Arbeit nicht nur, dass die mit diesem Trojaner vorbehandelten Zellen nun gegen Salzstress gefeit sind, sondern haben auch aufgeklärt, auf welchem Weg dieser Trojaner ins Innere der Mitochondrien gelangt. Anders als ursprünglich gedacht, durchdringt er nämlich nicht die Plasmamembran, sondern wird über Vesikel aufgenommen, die dann ihre Fracht an das endoplasmatische Reticulum weiterreichen, bis der Trojaner bis an die Mitochondrien gelangt. Erst hier durchdringt er die Membran. Das ist wichtig, weil dieser Weg erklärt, weil pflanzliche Zellen auf Störungen ihrer Plasmamembran mit programmiertem Zelltod reagieren, einer Art Selbstmord, der unter anderem verhindert, dass Krankheitserreger in Pflanzen eindringen. Dieses Problem wird durch unseren “Mitochondrien-Trojaner” elegant umschifft.

Veröffentlichung

148. Asfaw KG, Liu Q, Maisch J, Münch S, Wehl I, Bräse S, Bogeski I, Schepers U, Nick P (2019) A Peptoid Delivers CoQ-derivative to Plant Mitochondria via Endocytosis. Nature Sci Rep 9, 9839 - pdf