Untersuchungen zur Dualen Funktion der Exocyst Untereinheit Exo70 als Raumzeitlicher Regulator der Sekretion und Autophagie

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Ott; Professor Dr. Marco Trujillo Linke
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411532690

Der Sekretionsweg ist für die Exozytose von Proteinen und Lipiden an die Plasmamembran verantwortlich. Veränderungen in der sekretorischen Aktivität und dessen intrazellulärer Verteilung sind wesentliche Bestandteile der normalen Entwicklung. Darüber hinaus ermöglichen sie es, dass sich Pflanzen an wechselnde Umweltveränderungen wie z.B. durch Temperaturveränderungen oder Infektionen erzeugten Stress, anzupassen. Die hierdurch induzierte erhöhte sekretorische Aktivität oder zellulären Stress, resultieren in erhebliche Herausforderungen für das ER und den gesamten sekretorischen Weg. Dies beeinflusst die Geschwindigkeit, Genauigkeit und Kapazität von Proteinbiogenese- und -abbau-Systemen, was häufig zu Proteom-Ungleichgewichten führt.Der Exocyst ist ein konservierter hetero-oktamerischer Komplex, der die frühe Bindung von Post-Golgi-Vesikeln an die Plasmamembran während der Exozytose vermittelt. Die Exo70 Untereinheit spielt als raumzeitlicher Regulator dabei eine entscheidende Rolle, indem sie zahlreiche Protein- und Lipidwechselwirkungen vermittelt. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass spezifische Exo70-Untereinheiten typische Merkmale wie Plasmamembranlokalisierung und Transit durch das trans-Golgi-Netzwerk aufweisen. Die Exo70-Familie in Pflanzen hat sich zu vielen Homologen erweitert (23 in Arabidopsis thaliana) und mehrere Studien unterstützen eine Spezialisierung auf den Transport gezielter Cargo-Proteine.Darüber hinaus haben wir und andere zeigen können, dass Exo70s durch Autophagie in die Vakuole abgeleitet werden können. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass der vakuolärer Abbau von Exo70B2 durch Proteotoxischen Stress oder während hoher Sekretorischen Aktivität ausgelöst werden kann. Dessen Transport in die Vakuole wird von ATG8-interagierende Motive (AIMs) vermittelt, die in den meisten Exo70-Homologen konserviert sind. Darüber hinaus konnte auch eine Interaktion zwischen ATG8 und Exo70 in Hefe gezeigt werden, was auf eine evolutionäre Konservierung hinweist. Wir stellen daher die Hypothese auf, dass die Exo70 Untereinheit eine duale Rolle spielt. Einerseits, spielt sie eine kanonische Rolle in der Sekretion von Proteinen und Lipiden, aber auch in der Dämpfung der sekretorischen Aktivität durch dessen Autophagie vermittelten Abbau, was zur Wiederherstellung der zellulären Homöostase beitragen könnte. Ein molekulares Verständnis der Exocyst-Funktion im Sekretionsweg bleibt jedoch schwierig, und unser Wissen über die verschiedenen zellulären Wege und Mechanismen die die Proteinhomöostase gewährleisten und wiederherstellen, ist lückenhaft.Daher verfolgen wir in diesem Projekt das Ziel, die Doppelfunktion von Exo70-Untereinheiten aufzuklären, indem wir i) die molekularen Mechanismen, die zur Bindungsspezifität an die Plasmamembran beitragen, analysieren und ii) die Rolle ihres Abbaus durch Autophagie für die Aufrechterhaltung der Proteinhomöostase untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Mark J Banfield