Kontrolle der ROP Funktion durch Membranlipide bei der pflanzlichen Exozytose und Endozytose
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Phosphoinositide (PIs) sind wichtig für Entwicklung und Physiologie der Pflanze, indem sie als Marker für die Rekrutierung von Proteinen dienen und die innere Ladungsverteilung der Plasmamembran beeinflussen. In diesem Projekt sollten molekulare Ziele von PIs identifiziert werden, die zur Kontrolle von Endozytose oder Exozytose und/oder der Zytoskelettdynamik beitragen. Als Ergebnis haben wir Proteinkomponenten der Membranverkehrs-Maschinerie und der Zytoskelettkontrolle identifiziert, die mit PIs und/oder mit Enzymen des PI- Stoffwechsels interagieren, und wir haben funktionale Konsequenzen dieser Interaktionen beleuchtet. PIs wie Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat (PIP2) können mehr als einen alternativen Prozess beeinflussen, und es ist eine grundlegende Fragestellung der eukaryotischen Zellbiologie, welche Prinzipien PIP2-Effekten Spezifität verleihen. Anhand von Daten dieses Projektes können wir zu diesem wichtigen Aspekt neue Beobachtungen aus Experimenten zum polaren Spitzenwachstum von Pollenschläuchen beitragen, in denen Zytoskelettdynamik, Exozytose und Endozytose strikt koordiniert werden müssen, wobei PIP2 wichtig ist. Basierend auf früheren Beobachtungen, dass Überproduktion von PIP2 durch bestimmte Isoenzyme von PI4P 5-Kinasen in Pollenschläuchen die Zellmorphologie Isoform-spezifisch beeinflusst, zeigen wir, dass alternative PIP2-abhängige Effekte auf Aktindynamik oder Sekretion/Endozytose auf einer asymmetrischen lateralen Plasmamembran-Verteilung der beteiligten PI4P 5-Kinase-Isoformen z.B. in Membran-Nanodomänen beruhen. Die Beobachtung, dass Nanodomänen-assoziiertes PIP2 speziell die Aktindynamik beeinflusst, stimmt mit Berichten anderer Gruppen überein, die pflanzliche Aktin-Regulatoren wie ROPs oder GEFs assoziiert mit Plasmamembran-Nanodomänen zeigen. Es ist dennoch unklar, warum die Regulation der Aktindynamik in Pflanzenzellen an der Plasmamembran erfolgt, oder wie Aktinfilamente überhaupt mit der Plasmamembran interagieren, um den Membrannahen Vesikelverkehr zu ermöglichen. Hier identifizieren wir bislang weitgehend uncharakterisierte Myosine der Pflanzen-spezifischen Klasse VIII als Proteine, die sowohl anionische Lipide als auch Aktin binden und somit die Aktin-Plasmamembran-Verbindung herstellen können. Weiterhin identifizieren wir Myosine der Klasse VIII als Regulatoren der PIP2-Produktion in Membran-Nanodomänen und zeigen eine neue Interaktion des Klasse-VIII-Myosins ATM2 mit endozytotischen Adapterkomplexen (AP-2-Komplexen), was die PIP2-abhängige Aktinstabilisierung mit der Initiation der Clathrinabhängigen Endozytose verbindet. Wir charakterisieren außerdem den Beitrag der Lipid- und speziell der PIP2-Bindung von AP-2-Untereinheiten zur Funktionalität der AP-2-Komplexe bei der Endozytose.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Plasma membrane nano-organization specifies phosphoinositide effects on Rho-GTPases and actin dynamics in tobacco pollen tubes. The Plant Cell, 33(3), 642-670.
Fratini, Marta; Krishnamoorthy, Praveen; Stenzel, Irene; Riechmann, Mara; Matzner, Monique; Bacia, Kirsten; Heilmann, Mareike & Heilmann, Ingo
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Swap, Combine and Substitute to Unravel Specific Functions of Arabidopsis PI4P 5-kinases. Plant and Cell Physiology, 63(5), 576-579.
Heilmann, Ingo
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The pollen-specific class VIII-myosin ATM2 from Arabidopsis thaliana associates with the plasma membrane through a polybasic region binding anionic phospholipids. Biochimie, 203, 65-76.
Kastner, Christoph; Wagner, Vera C.; Fratini, Marta; Dobritzsch, Dirk; Fuszard, Matthew; Heilmann, Mareike & Heilmann, Ingo
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Association of the Arabidopsis oleoyl Δ12‐desaturase FAD2 with pre‐cis‐Golgi stacks at endoplasmic reticulum‐Golgi‐exit sites. The Plant Journal, 117(1), 242-263.
Launhardt, Larissa; Uhlenberg, Johanna; Stellmach, Hagen; Schomburg, Marie; Hause, Bettina; Heilmann, Ingo & Heilmann, Mareike
