Regulation der zellulären Verteilung von Homeodomainproteine

Pflanzen produzieren zwei Arten von Proteinen: Zellautonome und Nicht-Zellautonome. Die nicht-zellautonomen meristematischen Transkriptionsfaktoren wie KNOTTED1 und LEAFY werden wie viral Movement Proteine spezifisch durch feine Kanäle, die durch die pflanzliche Zellwand führen und Plasmodesmata genannt werden, in die Nachbarzellen transportiert. Es wird angenommen, daß die Entwicklung von Blüten, der Blätter und der Wurzeln zum Beispiel mittels hormoneller Signale als auch mittels interzellular transportierten Transkriptionsfaktoren reguliert und koordiniert wird. Der interzellulare Transport von Transkriptionsfaktoren, die normalerweise in eukaryotischen Zellen ihre regulatorische Funktion im Kern ausüben, muß zuallererst im Zytosol entschieden werden. Die Arbeitshypothese ist, daß zytosolische Rezeptoren nicht-zellautonome Transkriptionsfaktoren erkennen, und, daß diese Rezeptoren den Transport von Transkriptionsfaktoren in die Nachbarzellen aktivieren bzw. regulieren. Obwohl so wesentliche Prozesse wie zum Beispiel die Meristemdiffernzierung in Pflanzen von LEAFY und KNOTTED1 reguliert werden, sind zur Zeit deren transport- regulierenden Interaktionspartner nur Ansatzweise oder überhaupt nicht bekannt. Vor kurzem haben wir festgestellt, daß der Transkriptionsfaktor KNOTTED1 an ein Zytoskelett-assoziiertes Protein namens MPB2C binden kann. Bemerkenswert ist, daß MPB2C den interzellularen Transport von so unterschiedlichen Proteinen wie dem Transkriptionsfaktor KNOTTED1 und dem viralen Movement Protein TMV-MP negativ reguliert. Weiters wurde von uns ein KNOTTED1 interagierendes Protein (KNB36) mit unbekannter Funktion, welches auch an den Tranportregulator MPB2C bindet, isoliert. Um diese Ergebnisse zu Bestätigen und Erkenntnisse über die Bindungseigenschaften und Funktion von MPB2C und KNB36 zu gewinnen sind zusätzliche in vivo Studien an lebenden Pflanzen als auch in vitro Experimente nötig. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen es uns ermöglichen besser zu Verstehen wie die interzelluläre Verteilung von homeotischen Proteinen reguliert und Zelldifferenzierung mittels interzellulären Austausch von Transkriptionsfaktoren realisiert und koordiniert wird.

Differenzierung einer pflanzlichen Zell im Gewebe ist hauptsächlich abhängig von der Position dieser Zelle im Gewebe und nicht von der Vorgeschichte oder dem Ursprung aus einer Stammzelle. Es wird angenommen, dass die Entwicklung von Blüten, Blättern und Wurzeln durch hormonelle Signale und Transkriptionsfaktoren reguliert und koordiniert wird. Transkriptionsfaktoren sind Proteine die an die genomische DNS in den Zellkernen binden und die Produktion von Proteinen steuern. Eine spezielle Klasse von Transkriptionsfaktoren, die in Zelldifferenzierungsprozessen eine essentielle Rolle spielen, sind die so genannten Homeodomain-Proteine. Diese Transkriptionsfaktoren können wie virale Faktoren, durch Zellwänden mittels kleine Kanäle (Plasmodesmata) in die Nachbarzellen transportiert werden. Der interzellulare Transport von Transkriptionsfaktoren, die normalerweise ihre Funktion im Zellkern ausüben, wird im Zytosol, welches den Kern umgibt, entschieden. Dort entscheiden Rezeptoren, ob ein Transkriptionsfaktor in den Zellkern oder in die Nachbarzellen transportiert werden soll. Im Rahmen unseres FWF Projektes konnten wir zeigen, dass diese speziellen Transkriptionsfaktoren an einen Komplex im Zytosol binden. Diese Bindung findet am Zytoskelett statt und kontrolliert dadurch den Zugang von Homeodomain-Transkriptionsfaktoren zu den Nachbarzellen. Bemerkenswert ist, dass dieser zytosolische Komplex Faktoren enthält, die auch den Abbau von Proteinen und die Zellteilung steuern können. Bis jetzt war bei Pflanzen nicht bekannt dass Zellteilungsfaktoren durch direkte Interaktion mit Homeodomain-Transkriptionsfaktoren reguliert werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen es uns besser zu verstehen wie und warum Zelldifferenzierung mittels Zell-zu-Zell Transport von Transkriptionsfaktoren realisiert und reguliert wird. Unsere Erkenntnisse zeigen neue Wege auf, die es ermöglichen könnten in pflanzliche Zelldifferenzierungsprozesse wie die Blattentwicklung, Wurzelentwicklung oder Blütezeit einzugreifen und zu steuern.