Forschungsgebiete von Dr. Esther Marie Heise

09.01.2017

 

 

 

  

Kontakt: Dr. Esther Marie Heise

Arabinogalaktan-Proteine (AGPs) aus Getreide – Struktur und Lokalisierung

  
 

AGPs gehören zu den pflanzlichen Hydroxyprolin-reichen Glykoproteinen und sitzen im Zellwandbereich pflanzlicher Zellen. Für einige AGPs wurde bereits gezeigt, dass sie über einen GPI-Anker mit der Plasmamembran der Zelle verbunden sein können. Sie spielen eine Rolle im Wachstum und in der Differenzierung der pflanzlichen Zelle, die genaue Funktion der AGPs innerhalb dieser Prozesse ist jedoch noch nicht genau geklärt. Eine Hypothese besagt, dass die AGPs im Prozess des Zellwandaufbaus die geordnete Verbindung zwischen dem Mikrotubuliapparat im Innern der Zelle und dem Ablagern der Cellulosefibrillen im Zellwandbereich mitsteuern. Eine andere Hypothese stellt uronsäurehaltige AGPs als Calciumionen-Kondensatoren dar, die bei Protonenüberschuss Ca 2+ freigeben und somit für einen verstärkten Zellwandmaterialaufbau sorgen.

Isolierung von AGPs

Als Ausgangsmaterial werden die zum einen die Früchte verschiedener Getreidearten genutzt ( Avena sativa L., Secale cereale L., Triticum aestivum L. .), zum anderen auch Haferstroh und Kallus- und Suspensionskulturen aus Hafer. Die AGPs werden über eine spezifische Fällungsreaktion mit Yariv-Reagenz, welches in unserer Arbeitsgruppe synthetisiert wird, isoliert.

Strukturanalytik

Die 80-120 kDa schweren Getreide-AGPs bestehen aus einem kleinen Proteinanteil, der nicht mehr als 8% (m/m) des gesamten Moleküls ausmacht, und einem größeren Kohlenhydratanteil. Dieser ist über Hydroxyprolin O-glykosidisch ans Protein geknüpft und besteht aus mehreren komplex gebauten Einheiten. Prinzipiell bestehen diese Einheiten aus verzweigten Galaktoseketten, die von Arabinoseeinheiten terminiert werden. Interessanterweise lassen sich keine Uronsäuren in den AGPs der Getreidefrüchte, wohl aber in den AGPs des Haferstrohs wiederfinden.

 
 

Modell des AGPs aus Weizenfrüchten nach Göllner et al. 2010

 
 

Methodik:

  • Molekulargewichtsbestimmung mittels GPC und LLS-Detektion
  • Strukturaufklärung der Kohlenhydrateinheiten (Bestimmung der Zuckerbausteine, Bindungstypanalyse, Spezifische Degradation der Glykoproteine) mittels GC-FID, GC-MS, NMR, HPTLC
  • Immundetektion der Glykoproteine mittels poly- und monoklonaler Antikörper
  • Proteinanalytik nach vorhergehender Deglykosylierung des Glykoproteins

 

Lokalisierung von AGPs mittels Fluoreszenzmikroskopie

Zur mikroskopischen Lokalisierung der AGPs z.B. in den pflanzlichen Geweben selbst, können die AGPs entweder über gegen sie gerichtete Antikörper detektiert werden, oder aber indirekt über Yariv Reagenz, welches an die AGPs bindet und dann selbst wiederum über Antikörper detektiert werden kann.

 
 

 

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen nach Immunmarkierung von AGPs über Yariv-Reagenz in Querschnitten der Hafer-Wurzel

 
  Arabinogalaktan-Proteine (AGPs) und ihr Einfluss aus die Transformation pflanzlicher Zellen mit Agrobacterium tumefaciens
 

Zum Transfer fremder DNA in pflanzliche Zellen kann das Bakterium Agrobacterium tumefaciens genutzt werden. Interessanterweise sinken die Transformationsrate sowie das Regenerationspotential beim Transformationsversuch rapide ab, wenn AGPs durch Yariv Reagenz blockiert werden. Im Fokus der Arbeit steht hier die Ermittlung der Interaktion der AGPs mit dem Bakterium.
  Arabinogalaktan-Proteine (AGPs) als Immunmodulatoren
  Für AGPs aus Arzneipflanzen (z.B. dem roten Sonnenhut) konnten bereits Interaktionen mit dem humanen Immunsystem gezeigt werden. Sie haben einen Einfluss auf das Komplementsystem und die Zytokinproduktion und weisen eine Bindungsfähigkeit an Leukozyten auf. Diese in vitro-Ergebnisse werden ausgebaut:

Über einen mikroskopischen Nachweis der AGPs mit M-Zellen von Peyerschen Plaques, zugehörig dem Immunsystem des Dünndarms, sollen AGPs als oral verfügbare Immunmodulatoren plausibilisiert werden.

Als Rezeptoren für AGPs kommen wahrscheinlich nur Rezeptoren in Frage, welche in der Lage sind, Glykanstrukturen zu erkennen. Hier gibt es eine Vielzahl von potentiellen Kandidaten, die - wenn möglich - in den biologischen Systemen selbst zunächst auf ihre Bindungsfähigkeit und im Anschluss auch auf ihre Wirkung getestet werden sollen.