Untersuchungen zur Bedeutung des Glutathions bei der Cadmium-Detoxifizierung in Physcomitrella patens

Abstract

Moose, wie das Gemeine Wassermoos Fontinalis antipyretica und das Blasenmützenmoos Physcomitrella patens, reagieren auf Cadmium-Stress mit der Erhöhung des Glutathiongehaltes, während keine Phytochelatine gebildet werden. Dies ist eine für Laubmoose typische Reaktion, die sie von höheren Pflanzen stark unterscheidet. Ziel der vorliegenden Dissertation war es nun, anhand des Modellorganismus Physcomitrella patens, die Bedeutung des Glutathions (GSH) bei der Cadmium-Detoxifizierung in Moosen näher zu untersuchen. Neben der Synthese von Glycin und Glutamat, ist die Cysteinbiosynthese über die reduktive Sulfatassimilation Voraussetzung für die GSH-Biosynthese. Während Cd-Exposition nur geringe Änderungen im extrazellulären und intrazellulären Sulfatgehalt verursachte, führten Sulfatmangelbedingungen im Medium zu einem Absinken des intrazellulären Sulfat- und Thiolgehaltes des Mooses. Weitere Untersuchungen zeigten, dass P. patens trotz des Fehlens von Sulfat im Medium auf Cd-Exposition mit einem Anstieg des GSH-Gehaltes reagiert. Studien mittels 15N-Tracertechniken ergaben auch Veränderungen im Stickstoffmetabolismus unter Cd-Exposition und belegten nochmals die Aktivierung der GSH-Biosynthese. Ein weiteres Ziel der Arbeit war die Etablierung der in-situ-Markierung von GSH mit dem Fluoreszenzfarbstoff Monochlorobiman (MCB) in P. patens. Dieser selbst nicht fluoreszierende Farbstoff wird im Cytosol über Glutathion-S-Transferasen (GST) mit GSH konjugiert, wobei fluoreszierende Glutathion-Biman-Konjugate (GS-B) gebildet werden. Sowohl in Kontroll- als auch Cd-exponierten Kulturen deuten die Ergebnisse auf eine Kompartimentierung des GSH in den Zellen hin. Die in-situ-Markierung mit MCB liefert einen weiteren möglichen Hinweis auf die Bildung von Cd[GS]2-Komplexen. Darüber hinaus wurde in der vorliegenden Arbeit der Abbau von GSH-Konjugaten in P. patens anhand des GS-B-Konjugates untersucht.