ESCRTing während der Endospermentwicklung von Gerste

Die Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT) Maschinerie besteht aus den 4 Untereinheiten - 0, I, II und III und ist für die ubiquitin-regulierte Endoczytose von Membranproteinen verantwortlich. Proteine werden dabei erkannt und in multi vesicular bodies (MVB) sortiert, die mit der Vakuole fusionieren und dabei deren Inhalt in diese freigeben. Die ESCRT-Proteine sind hoch konserviert und sind in vielen zellulären Prozessen in Pflanzenzellen involviert: während der Zytokinese, der Entwicklung, der Organisation der Vakuole. Des Weiteren sind sie Bestandteil der endoplasmatischen Retikulum (ER)-Golgi Proteinsortiermachine. Die ESCRT-III Untereinheit im speziellen ist in der Biogenese der multivesicular boddies (MVBs) involviert, reguliert die Fusion von Autphagosomen und ist für die Vakuolenintigrität und der Entstehung von Peroxisomen verantwortlich. Das Endomembransystem vom Endospermgewebe ist durch hohe strukturelle Plastizität und endosomale Aktivität charakterisiert. Der Proteintransport in diesen Zellen ist aufgrund verschiedener Speicherorganellen (die Proteinspeichervakuole und der Proteinkörper, die vom ER gebildet werden) sehr komplex. Abhängig vom Zellalter und Entwicklungsstadium findet der Proteintransport über verschiedenste Wege statt. Daher muss das Endospermgewebe in der Lage sein, das Endomembransystem dementsprechend anzupassen. Angesichts des hoch dynamischen Endomembransystems in Endospermzellen kann man annehmen, dass ESCRT- III in diesem Gewebe in zelluläre Prozesse involviert ist. Dies wird durch erste bioinformatische Untersuchungen bestätigt, da orthologe ESCRT-III Komponenten in Getreide identifizierten werden konnten. Zusätzlich wurde das Protein SAL1 beschrieben, ein ESCRT-III assoziiertes Protein, welches unabkömmlich für die zellulären Prozesse in Mais Aleuron ist. Daher dürfte der ESCRT-III Komplex funktionell bedeutend für das Endosperm Gewebe sein. Dieses Projekt soll das Wissen über ESCRT-III Proteine im Endosperm von Gerste und deren Protein Sorting Funktion während der Samenentwicklung auf zellbiologischer, molekularbiologischer, bioinformatischer und biochemischer Ebene fördern. Der Fokus dieses Projektes liegt in der Aufklärung der Lokalisierung der ESCRT-III Proteine innerhalb des Endosperms und auf zellulärer Ebene und in der Aufklärung, wie ESCRT-III die Speicherproteine im Endosperm von Gerste sortiert. Dafür wird der Transport von dem Gerste Speicherprotein Hordein in ESCRT-III Gerste Mutanten verfolgt. Mit zusätzlichen Methoden wie der Immunopräzipitation von Gerste ESCRT-III-proteinen werden mögliche Interaktionspartner identifiziert und eventuell ein weiteres "Cargo" Protein für die ESCRT-III Maschinerie im Endosperm erkannt.

Die Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT) Maschinerie besteht aus den 4 Untereinheiten -0, I, II und III und ist für das Sortieren von Protein verantwortlich. Proteine werden dabei erkannt und in multi vesicular bodies (MVB) sortiert, bevor diese zu den weiteren Stationen innerhalb des Endomembrane Transportweges weitertransportiert werden. Die ESCRT-Proteine sind hoch konserviert. Die ESCRT-III Untereinheit im speziellen ist in der Biogenese der MVBs involviert indem es die Membrandeformierung reguliert. Der Proteintransport in Getreide Endosperm ist aufgrund verschiedener Speicherproteine und diverser Speicherorganellen (die Proteinspeichervakuole (PSV) und der Proteinkörper (PB), die vom ER gebildet werden) sehr komplex. Abhängig vom Zellalter und Entwicklungsstadium findet der Proteintransport über verschiedenste Wege statt. Ziel dieses Projektes war es, das Wissen über ESCRT-III Proteine im Endosperm von Gerste und deren Protein Sorting Funktion während der Samenentwicklung auf zellbiologischer, molekularbiologischer, bioinformatischer und biochemischer Ebene zu fördern. Die Resultate dieses Projektes zeigen, dass die Lokalisation und die putative Funktion von ESCRT-III in Gerste Endosperm jeweils abhängig vom Entwicklungsstadium und von dem speziellen Zellengewebe im Endosperm sind. Es besteht der Hinweis, dass ESCRT-III eine, für Gerste Endosperm, spezielle Funktion hat. Dieses Ergebnis beeinflusst auch das Wissen über ESCRT-III über die Pflanzenwissenschaft hinaus. Die Resultate veranschaulichen, wie wichtig es ist, (noch) spezifischer zu sein und ESCRT-III nicht nur in verschiedenen Pflanzenarten sondern auch in verschieden Geweben/Zellen zu studieren. Bioinformatische und molekularbiologische Untersuchungen zeigten, dass alle ESCRT-III Proteine im Gerste Endosperm vorhanden und exprimiert sind. Transgene, lebensfähige Gerstepflanzen wurden generiert, um Lebendmikroskopie von mehreren ESCRT-III Proteinen in Kombination mit weiteren Markerproteinen von diversen Transportwegen zu ermöglichen. Konfokale Mikroskopie von Gerste ESCRT-III (VPS60, SNF7, VPS24) Proteinen zeigte, dass diese Proteine unterschiedlich lokalisiert sind, abhängig vom Zellgewebe innerhalb des Gerste Endosperm. Die Lokalisation von HvVPS24 ist vom Stadium der Samenentwicklung abhängig. Die Funktion von VPS60 ist ebenso vom jeweiligen Zellgewebe des Gerste Endosperms abhängig. Biochemische Analysen zeigen auf, dass ein Speicherprotein von Gerste ein möglicher Interaktionspartner von VPS24 ist. Dieses Ergebnis ist von speziellem Interesse, da das besagte Speicherprotein nur in Gerste/Weizen und Hafer vorkommt. Aufgrund der Interaktionsstudien konnten auch weitere, neue Interaktionspartner gefunden werden, allerdings wurden bis jetzt keine ESCRT-III Proteine als Interaktionspartner identifiziert.