Wachstumsregulatoren: Molekularer Wirkmechanismus von Apyrasen in Pflanzen
Final Report Abstract
Apyrasen – auch Ekto-Nukleosid-Diphosphohydrolasen (E-NTPDasen) genannt – bauen Nukleosidtri- und -diphosphate zu Nukleosidmonophosphaten ab. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass zwei solcher Apyrasen, AtAPY1 und AtAPY2, essentiell für Arabidopsis sind, da der Ausfall der entsprechenden Gene das Pflanzenwachstum verhindert und daher im Keimlingsstadium letal ist. AtAPY1 und AtAPY2 sind zu 87% in ihrer Aminosäuresequenz identisch. Es war daher nicht überraschend, dass die beiden korrespondierenden Gene funktionell redundant waren, wie ebenfalls zu Beginn des Projekts bekannt war. Die gängige Hypothese in der Literatur lautete, dass extrazelluläres ATP (eATP) über Purinorezeptor-vermittelte Signalwege das Wachstum inhibiert. Die Wachstumsinhibierung würde durch die extrazelluläre Aktivität von AtAPY1 und AtAPY2 aufgehoben bzw. gesteuert werden. Die im Rahmen des Projekts beispielhaft mit AtAPY1 durchgeführten Lokalisationsstudien ergaben jedoch keinerlei Hinweise auf ein extrazelluläres Vorkommen. Stattdessen wurde AtAPY1 im Golgi gefunden. Außerdem zeigte die biochemische Charakterisierung, dass ATP nicht von AtAPY1 umgesetzt werden kann. Nur die Nukleotide UDP, GDP und IDP wurden hydrolysiert. Für andere Golgi-lokalisierte Apyrasen wurde publiziert, dass sie Glykosylierungsreaktionen in Gang halten, indem sie die inhibitorischen Reaktionsnebenprodukte UDP und GDP abbauen. Diese Funktion könnte auch auf AtAPY1 und AtAPY2 zutreffen und würde den Keimlings-letalen Phänotyp der Nullmutanten erklären, da die Zellwandsynthese auf Glykosylierungsreaktionen basiert und die Bildung von Zellwänden eine Voraussetzung für das Pflanzenwachstum ist. Alternativ könnten posttranslationale Glykosylierungen von an der Zellwandsynthese-beteiligten Proteinen, und damit z. B. deren Aktivität, durch AtAPY1 und AtAPY2 gesteuert werden. Aufgrund der Projektergebnisse wurde daher die neue Hypothese aufgestellt, dass AtAPY1 und AtAPY2 das Pflanzenwachstum nicht – zumindest nicht direkt – über purinerge Signalwege regulieren, sondern über ihre UDP/GDP-hydrolytische Aktivität im Golgi.
Publications
- (2011) Funktionelle Charakterisierung der Apyrase 1 aus Arabidopsis thaliana: Komplementation, subzelluläre Lokalisation und biochemische Charakterisierung. Dissertation, Fachrichtung Biologie, Technische Universität Dresden
Schiller, M.
- (2012) The Arabidopsis apyrase AtAPY1 is localized in the Golgi instead of the extracellular space. BMC Plant Biol 12: 123
Schiller M, Massalski C, Kurth T, Steinebrunner I
(See online at https://doi.org/10.1186/1471-2229-12-123) - (2014) eATP Signaling and Growth Processes in Plants: Essential Role of E-NTPDases as Regulators of Nucleotides. Habilitationsschrift, Fachrichtung Biologie, Technische Universität Dresden
Steinebrunner
- (2014) The biochemical properties of the ecto-nucleoside triphosphate diphosphohydrolase AtAPY1 negate a direct role in purinergic signalling
Massalski C, Bloch J, Zebisch M, Steinebrunner I
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0115832)
