Mechanismen der spezifischen Wirkung des ARF-Guaninnukleotid-Austauschfaktors GNOM beim polaren Recycling in Arabidopsis

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Jürgens
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574845372

ARF-Guaninnukleotid-Austauschfaktoren wie GNOM spielen bei der Regulation des Membrane Trafficking eine entscheidende Rolle, indem sie an bestimmten Endomembrankompartimenten kleine ARF-GTPasen durch GDP-GTP-Austausch aktivieren und so die Bildung von Transportvesikeln ermöglichen. GNOM ist einerseits ein Mitglied der GBF1-Familie, die für den retrograden Transport von COPI-Vesikeln vom Golgi-Apparat zum ER benötigt wird. Andererseits hat GNOM eine davon abweichende primäre Rolle: Es vermittelt das polare Recycling des Auxin-Efflux-Carriers PIN1 von Endosomen zur basalen Plasmamembran und damit den gerichteten Auxintransport. Darüber hinaus kann GNOM das nah verwandte GNOM-LIKE1 (GNL1) ersetzen, das normalerweise den retrograden Golgi-ER-Transport übernimmt. Umgekehrt kann GNL1 nicht GNOM ersetzen. Die beiden Proteine sind in der Pflanzenevolution aus einem Vorläufer hervorgegangen, der beide Aufgaben erfüllte. Im Vorhaben geht es darum zu klären, wie GNOM an endosomale Membranen gelangt, während GNL1 nur an den Golgi-Apparat assoziieren kann, und wie die primäre Wirkung von GNOM dazu führt, dass PIN1 polar rezykliert wird. Aufbauend auf Vorarbeiten wird vorgeschlagen, die für die endosomale Assoziierung wichtigen Proteinsequenzen durch funktionelle Analysen chimärer Proteine zu identifizieren, die aus komplementären Anteilen von GNOM und GNL1 bestehen. Dadurch sollen die relevanten Sequenzabschnitte eingeengt und schließlich die kritischen Aminosäure-Motive identifiziert werden. Außerdem soll geklärt werden, wie GNOM an Endosomen assoziiert, durch direkte Bindung oder über "Docking-Proteine". Dazu werden u. a. Protein-Protein-Interaktionsscreens durchgeführt. Zur Wirkung von GNOM auf das polare Recycling werden vor allem ein GNOM-spezifischer Interaktor (PRAF oder RLD genannt) und dessen bekannte Interaktoren funktionell charakterisiert, inwieweit sie die primäre Wirkung von GNOM vermitteln. Darüber hinaus werden wir weitere von uns identifizierte PRAF-Interaktoren analysieren. Falls kein bekannter Interaktor die Wirkung von GNOM vermittelt, werden wir nach weiteren PRAF/RLD-Interaktoren mittels Protein-Protein-Interaktionsscreens suchen und die Wirkung der neu gefundenen Kandidaten charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen