Ubiquitilierung und Sortierung des PIN2 Auxintransporters in Arabidopsis

Proteine in der zellulären Plasmamembran fungieren als zentrale Schnittstellen in der Kommunikation zwischen Zellen und deren Umgebung. Höhere Pflanzen sind sesshaft, weshalb diese Form der Interaktion eine wichtige Rolle in der Regulation von Anpassungsmechanismen an veränderte Umweltbedingungen spielt. Zugrundeliegende Mechanismen dieser Interaktionen sind aber noch weitgehend unerforscht. Untersuchungen an den PIN Hormontransportproteinen in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana lieferten wichtige Erkenntnisse zur Regulation von Plasmamembranproteinen in höheren Pflanzen. Arbeiten in unserem Labor zeigten, dass Modifikation von PIN Proteinen durch ein weiteres Protein namens Ubiquitin großen Einfluss auf deren Lokalisierung und Proteinstabilität hat. Basierend auf umfassenden Vorarbeiten in denen wir eine Reihe von cis-regulierenden Determinanten der PIN Ubiquitinierung und Degradation charakterisieren konnten, sollen in diesem Projekt trans-agierende Faktoren der Regulation des intrazellulären Transportes und der Degradation von Plasmamembranproteinen identifiziert werden. Dazu verwenden wir PIN2 als Modellprotein und planen, mittels unterschiedlicher genetischer Screening Methoden, Proteine die PIN2 Ubiquitinierung vermitteln bzw. mit ubiquitiertem PIN2 interagieren können, zu identifizieren. Vorliegende Ergebnisse zeigen bereits, dass Regulation von Plasmamembranproteinen durch Ubiquitinierung die Interaktion zwischen Pflanzen und deren Umwelt dramatisch beeinflussen kann. Die geplante tiefergehende Analyse dieser Prozesse in unserem Labor sollte somit zu einem tiefergehenden Verständnis der Mechanismen der Pflanzenadaption an variable Umweltbedingungen entscheidend beitragen.

PIN-FORMED (PIN) Proteine höherer Pflanzen erfüllen eine zentrale Funktion im gerichteten Transport des Wachstumsregulators Auxin durch den gesamten Pflanzenkörper. Dies wird durch ihre asymmetrische Verteilung an der Plasmamembran von Zellen ermöglicht, wodurch letztlich die Richtung des Transports definiert wird. PINs unterliegen einer komplexen Regulation, was Änderungen in Intensität und Ausrichtung des Auxintransports erlaubt. In diesem Projekt haben wir uns zum Ziel gesetzt, Signalwege zu charakterisieren, die Internalisierung und den proteolytischen Abbau des wurzelspezifischen PIN2-Proteins in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana kontrollieren. Unter Zuhilfenahme einer konstitutiv degradierten Version von PIN2 haben wir genetische Determinanten identifiziert, die die Stabilisierung dieses instabilen Reporterproteines bewirken. Zusätzlich konnte das Pflanzensteroidhormon Brassinosteroid als stabilisierender Faktor identifiziert werden. Dies spielt vor allem in jenen Wurzeln eine Rolle, die ihr Wachstum im Gravitationsfeld der Erde ausrichten. Durch Verwendung einer Kombination zellbiologischer Methoden und mathematischen Modellierungsansätzen konnten wir einen Mechanismus definieren, durch den die Pflanze den Effekt von Gravitationssignalen auf gerichtetes Wachstums mittels Brassinosteroidsignalen reguliert.