Identifizierung und Charakterisierung von Auxin-Transportaktivität regulierenden Domänen in PIN-FORMED-Proteinen.

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Ulrich Hammes
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547934329

Das Phytohormon Indolessigsäure (engl. indole actetic acid; IAA), oft „Auxin“ genannt, reguliert fast alle pflanzlichen Entwicklungs- und Wachstumsprozesse. IAA wird in Pflanzen polar transportiert wodurch die zelluläre Auxinkonzentration reguliert wird was für viele auxinabhängige Prozesse wichtig ist. Auf zellulärer Ebene sind eine Vielzahl von Transportproteinen aus unterschiedlichen Proteinfamilien am polaren Auxintransport beteiligt. PIN-FORMED Proteine spielen eine Schlüsselrolle im polaren Auxintransport. Es gibt zwei Gruppen von PIN-Proteinen: Die langen PINs besitzen einen große, unstrukturierten zytosolischen Loop, der für ihre Lokalisierung in der Plasmamembrane sowie die Aktivitätsregulation durch Kinasen notwendig ist und die kurzen PINs, die diese Loopdomäne nicht haben, im endoplasmatischen Retikulum lokalisiert sind und nicht der Regulation durch Kinasen unterliegen. In jüngster Zeit wurde die Struktur von drei PINs aufgeklärt und ihre biochemischen und biophysikalischen Eigenschaften sind jetzt besser untersucht. Dennoch ist der unstrukturierte Loop der PIN-Proteine, mit Ausnahme der Domäne, in der sich die Kinase target sites befinden, weitestgehend unverstanden. Daher ist unklar, wie die Regulation der Aktivität mechanistisch funktioniert, welche Domänen innerhalb des Loops für die Autoinhibition der Proteine notwendig sind, welche Domänen für die Aktivierung notwendig sind und welche Domänen spezifische Funktionen verleihen. Während durch die Aufklärung der Struktur der PINs der Transportmechanismus geklärt werden konnte und einige Aminosäurereste identifiziert wurden, die für die Funktion der Transporter wichtig sind, ist es aber nicht gelungen das Zusammenspiel der Membrandomänen mit den Loopdomänen zu verstehen und auch die physiologische Bedeutung der für den Transport als wichtig identifizierten Aminosäurereste wurde bislang nicht in Pflanzen untersucht. Hier setzt dieser Antrag an. Die Experimente fokussieren sich auf PIN2 und PIN3, die unterschiedliche Transporteigenschaften besitzen, sich hinsichtlich ihrer Zellbiologie unterscheiden und deren jeweilige Mutation Phänotypen bedingt, die es erlauben einfach Komplementationsstudien durchzuführen. Ich möchte ein Projekt den Domänen im Loop widmen und untersuchen welche dieser Domänen für die Regulation der Aktivität hinreichend und notwendig sind und welche Spezifität vermitteln. Hierzu sollen Domänen deletiert werden bzw. zwischen PIN2 und PIN3 ausgetauscht werden. Im zweiten Projekt möchte ich das Zusammenspiel zwischen Loopdomänen und Membrandomänen untersuchen, um deren Zusammenspiel zu verstehen und die Bedeutung ausgewählter Aminosäurereste für die physiologische Funktion der Proteine charakterisieren. Die zu erwartenden Ergebnisse stellen einen signifikanten Fortschritt im Verständnis des polaren Auxintransports und somit der Pflanzenentwicklung und -physiologie dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen