Funktionelle Charakterisierung der Arabidopsis Dynamin-verwandten GTPasen AtGBPL1 & 3

• Antragsteller: Professor Dr. Benedikt Kost
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551374878

Dynamin-verwandte große GTPasen haben vielfältige Funktionen in zentralen zellulären Prozessen wie der Abspaltung endozytotischer Vesikel von der Plasmamembran, der Organellenfusion und -teilung, der ER-Morphogenese und der Zellplattenbildung. Tierische GBPs (Guanylate Binding Proteins), die entferntesten Verwandten innerhalb der Dynamin-Familie, sind wichtige Immunregulatoren, obwohl weitgehend unbekannt ist, auf welchen molekularen Mechanismen die Funktion dieser Proteine beruht. Von uns und anderen seit 2021 veröffentlichte Publikationen haben die funktionelle Charakterisierung von AtGBPL1 und AtGBPL3 eingeleitet, zwei eng verwandten GBP-ähnlichen Arabidopsis Proteinen. Unsere publizierten und vorläufigen Daten zeigen, dass AtGBPL1 und AtGBPL3 ubiquitär exprimiert werden und sich in Meristemen sowie angrenzenden differenzierenden Geweben am stärksten anreichen. AtGBPL3 assoziiert während der Interphase mit der Lamina an der inneren Kernhüllenoberfläche. Während der Mitose oder nach Pathogeninfektion löst sich dieses Protein von der Lamina und kondensiert zu großen Oligomeren, möglicherweise auf der Basis von der „liquid-liquid phase separation“ (LLPS). Interessanterweise ist AtGPL3 notwendig für so unterschiedliche Prozesse wie a) die Neubildung der Kernhülle am Ende der Mitose, b) die Kernmorphogenese, c) die transkriptionelle Repression in der Kernperipherie, sowie d) die Aktivierung von Abwehrgenen. Unsere Daten belegen spezifische Interaktionen von AtGBPL3 mit Chromatin im Bereich der Zentromere, sowie mit dem Lamina-Protein CRWN4. Auf Grund dieser Daten hat AtGBPL3 möglicherweise weitere wichtige Funktionen a) in der Umverteilung der Zentromere am Ende der Mitose von den äußeren Polen neuer Tochterkerne gleichmäßig über die Kernperipherie, und b) in der anschließenden CRWN-abhängigen Stabilisierung der Zentromerenposition. Über die Funktionen von AtGBPL1 ist vergleichsweise wenig bekannt. AtGBPL1 weist eine ähnliche Struktur auf wie AtGBPL3, zeigt aber im Gegensatz zu diesem Protein keine GTPase Aktivität. Unsere Daten zeigen Kolokalisation von AtGBPL1 mit AtGBPL3 an der Kernhülle während der Interphase. Außerdem wurde berichtet, dass AtGBPL1 die Aktivierung von Abwehrgenen durch AtGBPL3 hemmen kann. Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Forschungsprojekts sollen die folgenden spezifischen Fragen untersucht werden: 1) Wie werden die verschiedenen bekannten AtGBPL3-Funktionen molekular implementiert und miteinander integriert? 2) Hat AtGBPL3 zusätzliche Funktionen in der Zentromeren-Positionierung? 3) Hat AtGBPL1 weitere Funktionen neben der Hemmung der AtGBPL3-abhängigen Aktivierung von Abwehrgenen? Wir erwarten, durch die Bearbeitung dieser Fragen ein substantiell vertieftes Verständnis der Funktionen von AtGBPL1 und AtGBPL3 in grundlegenden zellulären Prozessen (Zellteilung, Regulation der Genexpression) erreichen zu können, von denen Pflanzenentwicklung und Pathogenabwehr abhängen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen