Knox-Brown

Hintergrund zum Projekt und Kollaboration

Da es sich bei Pflanzen um sessilie Organismen handelt, geschieht eine Anpassung auf Umwelteinflüsse (z.Bsp.: Wasserentzug) in erster Linie auf molekularer Ebene. Ein Mechanismus ist beispielsweise die Akkumulation von „Late Embryogenisis Abundant“ (LEA) Proteinen. Charakteristisch für diese Proteine ist eine Adaption ausgehend von intrinsisch unstrukturiert hin zur einer distinkten Sekundärstruktur in Antwort auf Interaktion mit einem Bindepartner oder verringerter Wasserverfügbarkeit. Die erworbene Struktur der LEAs ist in der Regel eine amphipathische-Helix. In diesem Zustand wirken sie dann als „molekulares Schutzmittel“ der Zelle, indem sie andere Proteine vor Aggregation schützen oder eine Schädigung der Zellmembran verhindern und folglich zum Überleben der Zelle unter abiotischen Stress beitragen.

Das bisher am besten Untersuchte LEA Protein aus dem Modellorganismus Arabidopsis thaliana ist das in Chloroplasten lokalisierte „cold regulated protein“ 15A (COR15A). In vorherigen Studien konnten wir zeigen, dass dieses Protein Vesikel mit der spezifischen chemischen Zusammensetzung von Chloroplastenmembranen vor dem Zerreißen und Fusionieren gemäß einem Frier-Tau-Zyklus schützt.

In Zusammenarbeit mit Dr. Gary Daughdrill an der „University of South Florida“ (USF) in den USA, gelang es mittels seiner „nuclear magnetic resonance“ (NMR) Expertise, hochaufgelöste Sekundärstrukturen von diesem Protein zu erhalten. Zusammen mit weiteren physikalischen Methoden und Mutanten konnten wir nicht nur zeigen, dass die Schutzfunktion von COR15A von dem Anteil an -Helix herrührt (je helikaler, desto besser) sondern auch, dass das Protein aus drei Sekundärstruktur Bausteinen besteht – zwei Helices verbunden mit einem unstrukturierten Linker. Es war daher von großem Interesse zur Fortführung des Projekts, weitere bereits generierte Mutanten, in denen der Linker oder die beiden Helixbereiche mutiert wurden, hinsichtlich ihrer hochaufgelösten Sekundärstruktur unter verschiedenen Bedingungen mit Blick auf Wasserverfügbarkeiten zu untersuchen. Dies sollte das Verständnis zum Mechanismus der Schutzfunktion vervollständigen und vorantreiben.

Arbeitsplatz und Projektrealisierung

Nach meiner Ankunft in Tampa, zog ich in mein neues Labor für die nächsten Monate bei Dr. Daughdrill ein. Die Arbeitsgruppe bestand zu diesem Zeitpunkt aus drei Doktorandinen und einer Masterstudentin. Mir wurde ein eigener Büroplatz zur Verfügung gestellt, was in Berliner Arbeitsgruppen eher selten der Fall ist. Administrativ wurde von Dr. Daughdrill alles bestens vorbereitet. Ich erhielt eine Schlüsselkarte für den Zugang zu relevanten Laboren. Das Labor selber befand sich in einem Gebäude am Rand des Campus, in dem sich hauptsächlich gemeinnützige Forschungsgruppen befanden.

Um möglichst Zeiteffektiv zu sein, sandte ich notwendige Materialien zur Durchführung meiner Experimente vorab per UPS an das Labor in Tampa. Ich führte zunächst eine Testexpression meiner Mutanten in kleinen Bakterienkulturansätzen im Minimalmedium durch. Im Anschluss erfolgte die Expression von isotopenmarkierten Proteinen im 2 L Maßstab, von zunächst COR15A Wild Typ und zwei Mutanten, um erste NMR Daten zu erhalten. Bedauerlicherweise fand kurz vor meiner Ankunft eine Umstrukturierung des USF Chemieinstituts statt, welches zur Folge hatte, dass jede Arbeitsgruppe ein stark eingegrenztes Zeitfenster zur Durchführung von NMR Messungen erhielt. Die Wartezeiten konnte ich jedoch gut mit der Aneignung der Fähigkeiten zur Auswertung und Interpretation von NMR Daten überbrücken.

Mir gelang es, die Ergebnisse der Veränderung der Sekundarstruktur von COR15A zu reproduzieren und hochauflösende Sekundärstrukturdaten unter den untersuchten für eine der Mutanten zu erheben. Die Daten zeigten, dass das randomisieren der Linker-Sequenz, keine signifikante Veränderung in der Gesamtstruktur oder Faltungsmöglichkeit induziert und dies ferner in einer unveränderten Schutzfunktion resultiert. Ein Permutieren in den Helix-Bereichen, welches keinen Einfluss auf den Gesamtanteil an Helix-Struktur und Schutzfunktion hat, zeigte jedoch bereits im vollkommen hydrierten Zustand Unterschiede zu COR15A Wild Typ. Dies ist ein überaus interessanter Befund, der in Zukunft detaillierter untersucht wird. Im Rahmen meiner Förderung durch die DAAD-Stiftung konnten nicht alle angedachten Messungen vollzogen werden. Eine Zusammenarbeit mit dem Labor von Dr. Daughdrill bleibt jedoch weiterhin bestehen, sodass fehlende Daten für die übrige Mutante erhoben werden können.

Fazit zur Arbeitsgruppe und Projekt

Ich empfand das Arbeitsklima in der Arbeitsgruppe von Dr. Daughdrill als sehr angenehm und wurde schnell in das Team Integriert. Einige administrative und technische Probleme vor Ort erschwerten die geplante Durchführung der angedachten Experimente. Es gelang jedoch, spannende Informationen über zwei COR15A Mutanten zu erhalten, welche zum detaillierten Verständnis des Faltungsverhalten und der Schutzfunktion beitragen. Die während der Forschungszeit erhobenen Daten sollen nach Vervollständigung in zwei wissenschaftlichen Artikel zusammengefasst und publiziert werden.

Privat

Sumpflandschaft und Mangrove behangen mit Mos im „Lettuce Park“ (links) und ein Einblick in die künstlerisch gestaltete „Street-Food“ Markthalle „Armature Works“ (rechts)

Essen, Sehenswürdigkeiten und Reisen

Während meines Aufenthalts in Tampa ergab sich auch die Möglichkeit, etwas Freizeit zu genießen. Obwohl Tampa eine recht kleine Stadt ist, hat sie bereits allerhand zu bieten. Eine Anlaufstelle war beispielsweise „Armature Works“. Dies ist eine alte Industriehalle aus Backstein, die in einen modernen „Indoor Streetfood Market“ umgewandelt wurde. Hier kann man neben Tacos, Pizza und Pasta auch ein Steak oder asiatische „fusion kitchen“, neben einem frischen Barista Kaffee oder einen Cocktail genießen. Generell gab es eine Vielzahl an Essensmöglichkeiten und Bars in Tampa. Zum Abend, wenn sich das sonst sehr heiße Wetter abgekühlt hatte, haben wir ein Spaziergang entlang des knapp 4 km langen „Tampa Riverwalk“ genossen. Dieser verläuft entlang des „Hillsborough River“ neben Palmen und „down town Tampa“.

Privat

Am Wochenende spielt sich das Leben Hauptsächlich in „Ybor City“ ab. Ein historisches Vierte,l welches um 1880 gegründet wurde und einst ein Zentrum der Zigarrenindustrie war. Das Aquarium ist ebenfalls ein Besuch wert. Hier kann man über die einheimische Artenvielfalt des Golfs von Mexiko lernen. An Wochenenden werden sogar Bootstouren zur Delphin Suche angeboten. Man darf auf garkeinen Fall die Strände vor den Toren Tampas verpassen. St. Petersburg ist mit dem Auto knapp 30 min von der Innenstadt entfernt. Hier gibt es die weißesten Strände die ich je gesehen habe und man schwimmt im Golf vom Mexiko, was sich wie ein beheizter Pool anfühlt. Gegenläufig gab es knapp 10 Minuten vom USF Campus den „Lettuce Park“. Ein Sumpfgebiet mit Mangroven, Moos und Alligatoren. Die Natur um Tampa herum ist atemberaubend. Nie vergessen werde ich die riesigen Bäume, behangen mit Moos in meiner Nachbarschaft oder auf dem Campus.

Danksagung

In erster Linie möchte ich mich bei der DAAD-Stiftung in Kooperation mit der Prof. Dr. Bingel-Stiftung für das bewilligte Kurzstipendium für Doktorranden bedanken. Die Förderung ermöglichte nicht nur die Vertiefung der transatlantischen Kollaboration zwischen den Arbeitsgruppen von Dr. Anja Thalhammer (Universität Potsdam) und Dr. Gary Daughdrill (University of South Florida), sondern auch die Umsetzung meines Wunsch-Forschungsprojekts an der USF und einer atemberaubenden Zeit in Tampa, Florida. Ich fühle mich noch immer geehrt, eine Stipendienzusage durch die DAAD-Stiftung in Kooperation mit der Prof. Dr. Bingel-Stiftung erhalten zu haben, welche mir zum Erlangen einer Schlüsselqualifikation half und somit den Weg zu einer erfolgreichen Karriere geebnet hat.

 

Privat

Einer der beschriebenen großen mit Mos behangenen Bäume auf dem USF Campus (man beachte das Auto in Relation; links) und der Grund für die weißen Strände („Madeira Beach“) St. Petersburg – zerriebene Muscheln und Korallen (rechts)

Insbesondere möchte ich Frau Lohmann danksagen, da sie die beste Ansprechpartnerin vor, während und nach der Förderungszeit war, die man sich hätte wünschen können. Ihre Antworten waren immer schnell, professionell und überaus hilfreich. Ich bedanke mich bei Dr. Daughdrill für die Aufnahme in seinem Labor und seiner investierten Zeit zur Vermittlung seines Wissens. Bei meiner Betreuerin Frau Dr. Thalhammer bedanke ich mich für die Unterstützung bei der Planung der Experimente und dem Hinweis auf die Möglichkeit einer Finanzierung durch ein Stipendium.