Analyse der Unterdrückung von Wurzelhaaren durch ein Mitglied einer uncharakterisierten Familie kurzer ENTH Proteine in Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Dr. Michael Sauer
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418748031

Proteine mit EPSIN N-TERMINAL HOMOLOGY (ENTH) Domäne werden über Erkennung von Phosphoinositiden (PIPs) zu Membranen rekrutiert, was zu lokaler Destabilisierung der Membran führt und Vesikelgenese und Vesikelabschnürung begünstigt. Über verschiedene Motive im langen C-Terminus binden sämtliche bisher untersuchten ENTH-Proteine weitere Faktoren der Vesikelbildung wie Adaptine oder Clathrin. Arabidopsis thaliana besitzt sieben ENTH Proteine (Zouhar und Sauer, 2014; Sauer et al. 2013). Nur vier davon haben lange, funktionale C-Termini mit Interaktionsmotiven. Die drei anderen, hier EPSINOID genannten, bilden phylogenetisch eine Unterfamilie mit kurzen, vermutlich nichtfunktionalen, C-Termini ohne Interaktionsmotive. Sie wurden bisher noch nicht charakterisiert. Unsere Vorarbeiten zeigen, dass EPSINOIDE spezifisch in unterschiedlichen Organen und Gewebetypen exprimiert sind. Analysen von zwei unabhängigen T-DNA Insertionsmutanten legen nahe, dass EPSINOID2 ein negativer Faktor der Wurzelhaarbildung ist. epsinoid2 Mutanten bilden mehr, längere und ektopische Wurzelhaare. EPSINOID2 ist spezifisch in Nichthaarzellen exprimiert. Subzellulär ist EPSINOID2 überwiegend zytosolisch, in sich teilenden Zellen jedoch an der Zellplatte lokalisiert, was prinzipiell für eine Rolle in einem Vesikeltransportprozess spricht. Jedoch sind fast sämtliche bekannten Vesikeltransportproteine, die an der Wurzelhaarentwicklung beteiligt sind, positive Faktoren und ihr Ausfall führt zu weniger oder/und morphologisch aberranten Wurzelhaaren. Insofern ist es überraschend, dass der Ausfall von EPSINOID2 zu mehr Wurzelhaaren führt. Unsere Arbeitshypothese ist, dass kurze ENTH Proteine Vesikeltransportfaktoren binden, durch den kurzen C-Terminus aber keine weiteren benötigten Kofaktoren rekrutieren können. Somit würde es zu einer kompetitiven Hemmung durch nichtproduktive Interaktionen kommen. Mögliche Kandidaten sind Syntaxine, die mit spezifischen Motiven in der ENTH Domäne interagieren können. EPSINOID2 besitzt ebenfalls diese Motive und es sind einige Syntaxine bekannt, die für die Wurzelhaarbildung benötigt werden und auch in Nichthaarzellen exprimiert sind. Nichtproduktive Interaktion dieser Syntaxine mit EPSINOID2 in Nichthaarzellen könnte die Abundanz von Syntaxinen an Zielmembranen modulieren, was ein neuer, bisher in keinem Organismus beschriebener Wirkmechanismus von ENTH Proteinen wäre.Im Rahmen des Projekts sollen folgende Hauptfragen mittels genetischer, funktioneller und biochemischer Methodik untersucht werden: 1) Wo genau ist EPSINOID2 im molekularen und genetischen Rahmen der Wurzelhaarentwicklung zu verorten? Und 2) Wie funktionieren kurze ENTH Proteine auf molekularer Ebene? Dazu werden wir beispielhaft die Rolle von EPSINOID2 in der Wurzelhaarentwicklung als Modellsystem benutzen unter besonderer Berücksichtigung eines möglichen kompetitiven Hemmungsmechanismus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen