Dynamik und Spezifität RLP44-assoziierter Signalprozesse in der Plasmamembran

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Harter; Professor Dr. Sebastian Wolf
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278516350

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In den vorgestellten Forschungsergebnissen wurde die Rolle von RLP44, einem pflanzlichen Rezeptorprotein, in der Signalweiterleitung von Pflanzen untersucht. RLP44 interagiert mit verschiedenen Rezeptoren wie dem PSK-Rezeptor (PSKR1) und dem Brassinosteroid-Rezeptor (BRI1). Diese Interaktionen aktivieren die jeweiligen Signalwege durch die Bildung eines Komplexes mit dem Ko-Rezeptor BAK1. Dabei wurde festgestellt, dass die Signalwege um RLP44 konkurrieren, was durch genetische und biochemische Analysen bestätigt wurde. Diese Entdeckungen stehen im Einklang mit der Idee, dass Plasmamembranrezeptoren dynamische und flexible Netzwerke bilden, um auf externe Reize zu reagieren. Ein zentrales Thema unserer Forschung war, wie spezifische Reaktionen in der Vielzahl möglicher Rezeptorinteraktionen erzielt werden können. Es wurde gezeigt, dass posttranslationale Modifikationen wie die Phosphorylierung von RLP44 eine Rolle bei der Spezifität dieser Interaktionen spielen. Die Phosphorylierung beeinflusst sowohl die Funktion von RLP44 im BR-Signalweg als auch seine subzelluläre Lokalisierung, während sie im PSK-Signalweg keine Rolle spielt. Ein weiterer wichtiger Aspekt war die Untersuchung der räumlichen Organisation von Rezeptorkomplexen in der Plasmamembran. Mit Hilfe von Techniken wie spektralem FRET und FRET-FLIM konnte gezeigt werden, dass RLP44, BRI1 und BAK1 spezifische ternäre Proteinkomplexe in definierten Nanodomänen der Plasmamembran bilden. Diese Forschung betont die wohldefinierte Organisation von Rezeptorproteinclustern, auch wenn sie gemeinsame Proteine wie BAK1 teilen. Die Weiterentwicklung von Mikroskopietechniken, insbesondere der Superresolutionsmikroskopie (sptPALM), ermöglichte die Untersuchung der nanoskaligen Organisation und Dynamik von Proteinen in der Plasmamembran. Diese Fortschritte haben zu einer genaueren Analyse der Assoziation und Organisation von Proteinkomplexen in lebenden Pflanzenzellen geführt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die Bindung von RLP44 an de-methylesterifiziertes Pektin in der Zellwand essenziell für seine Funktion im BR-Signalweg ist. Diese Bindung beeinflusst die subzelluläre Lokalisierung von RLP44 und reguliert dessen Verfügbarkeit für die Komplexbildung mit anderen Rezeptoren. Zusammenfassend tragen diese Ergebnisse zu einem besseren Verständnis der komplexen Signalnetzwerke und der Rolle von Zellwandinteraktionen in Pflanzenzellen bei.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A Mutant Allele Uncouples the Brassinosteroid-Dependent and Independent Functions of BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1. Plant Physiology, 182(1), 669-678.
  Holzwart, Eleonore; Wanke, Friederike; Glöckner, Nina; Höfte, Herman; Harter, Klaus & Wolf, Sebastian
  
• Phosphorylation-dependent routing of RLP44 towards brassinosteroid or phytosulfokine signalling. Journal of Cell Science, 134(20).
  Garnelo, Gómez Borja; Holzwart, Eleonore; Shi, Chaonan; Lozano-Durán, Rosa & Wolf, Sebastian
  
• Computational modeling and quantitative physiology reveal central parameters for brassinosteroid-regulated early cell physiological processes linked to elongation growth of the Arabidopsis root. eLife, 11.
  Großeholz, Ruth; Wanke, Friederike; Rohr, Leander; Glöckner, Nina; Rausch, Luiselotte; Scholl, Stefan; Scacchi, Emanuele; Spazierer, Amelie-Jette; Shabala, Lana; Shabala, Sergey; Schumacher, Karin; Kummer, Ursula & Harter, Klaus
  
• Deciphering RLP44-linked LRR receptor dynamics and signaling specificity at the plasma membrane. 5th ZMBP Summer Academy in Plant Molecular Biology, Wildberg
  Rohr L.; zur Oven-Krockhaus, S.; Keck J.; Rausch L.; Wolf S & Harter K.
  
• Three-Fluorophore FRET Enables the Analysis of Ternary Protein Association in Living Plant Cells. Plants, 11(19), 2630.
  Glöckner, Nina; zur Oven-Krockhaus, Sven; Rohr, Leander; Wackenhut, Frank; Burmeister, Moritz; Wanke, Friederike; Holzwart, Eleonore; Meixner, Alfred J.; Wolf, Sebastian & Harter, Klaus
  
• BRASSINOSTEROID INSENSITIVE1 internalization can occur independent of ligand binding. Plant Physiology, 192(1), 65-76.
  Neubus, Claus Lucas Alves; Liu, Derui; Hohmann, Ulrich; Vukašinović, Nemanja; Pleskot, Roman; Liu, Jing; Schiffner, Alexei; Jaillais, Yvon; Wu, Guang; Wolf, Sebastian; Van Damme, Daniël; Hothorn, Michael & Russinova, Eugenia
  
• OneFlowTraX: a user-friendly software for super-resolution analysis of single-molecule dynamics and nanoscale organization. Frontiers in Plant Science, 15.
  Rohr, Leander; Ehinger, Alexandra; Rausch, Luiselotte; Glöckner, Burmeister Nina; Meixner, Alfred J.; Gronnier, Julien; Harter, Klaus; Kemmerling, Birgit & zur, Oven-Krockhaus Sven
  
• Simultaneous and Dynamic Super-Resolution Imaging of Two Proteins inArabidopsis thalianausing dual-color sptPALM.
  Rohr, Leander; Ehinger, Alexandra; Burmeister, Nina Glöckner; Meixner, Alfred J.; Kemmerling, Birgit; Harter, Klaus & Oven-Krockhaus, Sven zur