Fatty Acid Export (FAX)-Proteine in Arabidopsis thaliana und Chlamydomonas reinhardtii

Abstract

In Landpflanzen und grünen Mikroalgen findet die de novo Synthese von Fettsäuren, welche als Bausteine für die Bildung von Membranlipiden oder Triacylglycerol (TAG)-Öl dienen, in Plastiden statt. Dazu müssen Fettsäuren teilweise aus dem Plastiden heraus und ins ER transportiert werden. Der Transport von Fettsäuren über die Chloroplasten-Hüllmembranen wird in Arabidopsis thaliana durch FAX1 (fatty acid export 1) vermittelt. FAX-Proteine sind allerdings bisher noch weitestgehend in ihrem Transport- und Wirkmechanismus unverstanden. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass sich die Membrantopologie sowie die Orientierung von FAX-Proteinen in der Lipidmembran unterscheiden. Des Weiteren konnten mögliche Interaktionspartner von AtFAX1 identifiziert werden. In Chlamydomonas reinhardtii sind FAX-Proteine bis dato nur unzureichend untersucht. In dieser Studie konnte die FAX-Proteinfamilie in Chlamydomonas vorgestellt sowie zwei FAX-Proteine näher charakterisiert werden, die jeweils orthologe Proteine zu AtFAX1 und AtFAX5/6 darstellen. Das Protein cFAX konnte in der Chloroplasten-Hüllmembran lokalisiert und als einen missing link des Fettsäureexports aus dem Chloroplasten charakterisiert werden. Das erFAX-Protein konnte im ER lokalisiert werden und scheint dort am Fettsäureimport beteiligt zu sein. Durch die Überexpression von FAX-Proteinen in Chlamydomonas konnte die TAG-Produktion gesteigert und somit auch ein Weg zu einer industriellen Anwendung der Erkenntnisse geebnet werden.

In land plants and green micro algae, fatty acid de novo synthesis occurs in plastids. These fatty acids are building blocks for acyl lipids in biomembranes or triacylglycerol (TAG) oils. Therefore, fatty acids need to be transported from the chloroplast to the ER. The export of fatty acids across the envelope membranes of chloroplasts is mediated by FAX1 (fatty acid export 1) in Arabidopsis thaliana. The mechanism of fatty acid transport by proteins of the FAX family, however, is still unknown. In this study, it was shown that FAX proteins differ in their membrane topology and orientation in the lipid bilayer membrane. Further, putative interaction partners of AtFAX1 could be identified. FAX proteins in Chlamydomonas reinhardtii, however, are still poorly investigated. Here, the FAX protein family in Chlamydomonas is presented and two FAX proteins are further characterized, which represent orthologs of AtFAX1 and AtFAX5/6. The protein cFAX could be localized at the chloroplast envelope membranes and characterized as a missing link in fatty acid export from the chloroplast. An ER-localization could be determined for the erFAX protein and an involvement in fatty acid import seems highly probable. By overexpressing FAX proteins in Chlamydomonas, higher TAG production could be achieved, which paves the way for a possible industrial application.