Remorin-mediated signal transduction
Final Report Abstract
Mitglieder der pflanzen-spezifischen Remorin Familie fungieren als Marker für Membranmikrodomänen (MMDs). Wir konnten in einem Nebenprojekt erstmalig zeigen, dass pflanzliche Plasmamembranen eine Vielzahl koexistierender MMDs besitzen. In dieser Arbeit kombinierten wir hochauflösende konfokale Laserscanning Mikroskopie mit quantitativer Bildanalyse und konnten so robuste und korrelative Daten zu diesen Proteinen liefern. Da ein Hauptziel dieses Projekts war, die Funktionen und zelluläre Verteilung von Remorinproteinen im Detail zu untersuchen, fokussierten sich die Arbeiten auf das leguminosen-spezifische Remorinprotein SYMREM1. Diese Protein spielt eine entscheidende Rolle während der symbiotischen Interaktion zwischen Leguminosen und Rhizobien und interagiert physisch mit wichtigen Rezeptorkinasen (RLKs). In einem ersten Ansatz untersuchten wir die Tatsache, dass die N-terminalen Bereiche von SYMREM1 Proteinen der Modell-Leguminosen Medicago truncatula und Lotus japonicus extrem variabel sind und charakterisierten zunächst das bisher nicht beschriebene LjSYMREM1 Protein aus L. japonicus. Trotz seine Unterschiedlichkeit zeigt dieses Protein die selben Eigenschaften wie das putative Homolog aus M. truncatula (MtSYMREM1). In bislang unveröffentlichten Arbeiten konnten wir zeigen, dass sowohl LjSYMREM1 als auch chimäre Varianten, bei denen wir jeweils die N- und C-terminalen Segmente von LjSYMREM1 und MtSYMREM1 neu kombinierten die M. truncatula symrem1 Mutanten komplementieren können. Die Expression des konservierten C-terminalen Segments alleine war dafür allerdings nicht ausreichend. Diese Daten zeigen, dass die variablen Regionen der beiden Proteinen eine gemeinsame Funktion haben und essentiell für die Funktionalität der Proteine sind. An dieser Stellen haben wir, abweichend von der ursprünglichen Antragsskizze und in Zusammenarbeit mit einem anderen durch den SFB924 geförderten Projekts, Ressourcen gebündelt und uns diesen variablen Proteinsegmenten im Detail gewidmet. Wir konnten zeigen, dass diese Bereiche intrinsisch unstrukturiert (intrinsically disordered, ID) sind. ID-Regionen (IDRs) sind unter physiologischen ungefaltet, können aber während einer Protein-Protein Interaktion dreidimensionale Strukturen annehmen. Diese Proteineigenschaft war bis dahin in Pflanzen kaum untersucht worden und galt als eine ausschließlich eukaryotische Errungenschaft. In folgenden Arbeiten konnten wir zum einen belegen, dass eine ganze Reihe pflanzlicher Proteine aber auch phytopathogener Effektoren IDRs besitzen. Des weiteren konnten wir Motive in diesen Regionen identifizieren, die für die Interaktion von SYMREM1 mit RLKs notwendig sind. In neusten Arbeiten, die wir derzeit zum Abschluss bringen, konnten wir in der Tat, das Hauptziel des Emmy Noether Projekts erreichen und die molekulare Funktion von SYMREM1 aufklären. SYMREM1 fungiert als molekulares Gerüstprotein, welches die RLKs LYK3 während der rhizobiellen Infektion in eine durch das Flotillin FLOT4 markierte MMD rekrutiert und somit die Assemblierung eines symbiotischen Signalkomplexes unterstützt. Dabei gehen wir davon aus, dass SYMREM1 neben LYK3 und anderen RLKs auch weitere für die Infektionskontrolle wichtige Proteine in dieser Symbiose-spezifische MMD temporär immobilisiert.
Publications
- (2011) Perspectives on remorin proteins, membrane rafts and their role during plant-microbe interactions. Molecular Plant Microbe Interactions, 24(1): 7-12
Jarsch IK and Ott T
- (2011) Regulation of signal transduction and bacterial infection during root nodule symbiosis. Current Opinion in Plant Biology, 14: 458-467
Popp C and Ott T
- (2012) Functional domain analysis of the Remorin protein LjSYMREM1 in Lotus japonicus. PLoS ONE, 7(1): e30817
Tóth K, Stratil TF, Madsen EB, Ye J, Popp C, Antolín-Llovera M, Grossmann C, Jensen ON, Schüssler A, Parniske M, and Ott T
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0030817) - (2012) Plasticity of plasma membrane compartmentalization during plant immune responses Frontiers in Plant Science, 3: 181
Urbanus S and Ott T
(See online at https://doi.org/10.3389/fpls.2012.00181) - (2013) Intrinsic disorder in pathogen effectors- protein flexibility as an evolutionary hallmark in a molecular arms race. The Plant Cell, 25: 3153-3157
Marín M, Uversky VN and Ott T
- (2014) Plasma Membranes Are Subcompartmentalized into a Plethora of Coexisting and Diverse Microdomains in Arabidopsis and Nicotiana benthamiana. The Plant Cell, 26: 1698–1711
Jarsch IK, Konrad SSA, Stratil TF, Urbanus SL, Szymanski W, Braun P, Braun KH and Ott T
(See online at https://doi.org/10.1105/tpc.114.124446) - (2014) S-acylation anchors Remorin proteins to the plasma membrane but does not primarily determine their localization in membrane micro-domains. New Phytologist, 203 (3): 758-769
Konrad SSA, Popp C, Stratil TF, Jarsch, IK, Thallmair V, Folgmann, J, Marín M and Ott T
(See online at https://doi.org/10.1111/nph.12867) - (2015) Molecular principles of membrane microdomain targeting in plants. Trends in Plant Science, 20(6): 351-361
Konrad SSA and Ott T
(See online at https://doi.org/10.1016/j.tplants.2015.03.016)
