How does MICROTUBULE ORGANIZATION 1 (MOR1) regulate microtubule dynamics in Arabidopsis thaliana?
Final Report Abstract
Wie das Skelett eines Menschen wird eine biologische Zelle - die kleinste lebende Einheit - durch ein Skelett gestützt: das Zytoskelett. Jedoch anders als das menschliche Skelett ist das Zytoskelett dynamisch und wird während Wachstum, Migration und Zellteilung ständig umarrangiert. Das Mikrotubuli-Zytoskelett besteht neben langen Filamenten - den Microtubuli - aus Mikrotubuli-bindenden Proteinen, die ihre Dynamik und Umstrukturierung regulieren. Mikrotubuli-assoziierte Profeine aus der stark konservierten XMAP215/Dis1 Familie fördern das Wachsen und Schrumpfen von Mikrotubuli. Es wird vermutet, dass Mitglieder dieser Proteinfamilie mit dem dynamischen Ende der Mikrotubuli mitgleiten und den Ein- und Abbau von Tubulin-Untereinheiten beschleunigen. Das pflanzliche Homolog MOR1 ist aller Wahrscheinlichkeit nach ein langes, lineares Molekül mit 5 N-terminalen TOG-Domänen. Eine TOG-Domäne hat eine paddeiförmige Struktur und kann an Tublin binden. Innerhalb der ersten N-terminalen TOG-Domäne verursacht die mor1-1 Punktmutation eine temperaturabhängige Desorganisation des Mikrotubuli-Zytoskeletts und das Wachsen und Schrumpfen ist dabei verlangsamt. Für die Analyse in lebenden Zellen wurden die beiden N-terminalen TOG- Domänen (TOG12) von MOR1 in pflanzlichen Zellen exprimiert und für in-vitro-Mikrotubuli-Bindungs- und Polymerisierungs-Assays in Bakterien exprimiert. Dabei haben wir festgestellt, dass die N-terminale Domäne von MOR1 für die Mikrotubuli-Bindung von entscheidender Bedeutung ist. Wurden die ersten beiden TOG-Domänen am N-terminus markiert, wurde die Fähigkeit Mikrotubuli zu binden und die in-vitro-Polymeraseaktivität behindert. Im Gegensatz dazu hat eine Markierung am C-Terminus volle Aktivität und konnte sogar den temperaturempfindlichen mor1-1-Phänotyp ausgleichen. Durch das Vergleichen der DNA-Sequenzen verschiedener Organismen habe ich eine potentielle Mikrotubuli-Bindestelle am äußersten N-terminus des Proteins entdeckt. Diese Bindestelle wird wahrscheinlich durch eine N-terminale Markierung unzugänglich gemacht und inhibiert somit die Bindung am Mikrotubulus. Des Weiteren haben wir festgestellt, dass diese mor1-1-Punktmutation in TOG12 die Affinität für Mikrotubuli in-vitro erhöht. Dies deutet darauf hin, dass durch die starke Bindung an die Mikrotubuli das mutierte Protein MOR1 nicht mehr mit den dynamischen Mikrotubuli- Ende mitgleiten kann und dass somit die Mikrotubuli im Wachsen und Schrumpfen nicht mehr gefördert werden können. Wir schließen aus unseren Ergebnissen, dass eine ausgewogene Mikrotubuli-Affinität in der N-terminalen TOG-Domäne für die MOR1 Polymeraseaktivität entscheidend ist.
Publications
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The MOR1-microtubule nanospace interface: polymer formation in the plant cell cortex and implications for activity of plasma membrane enzyme complexes. PWIAS Nanospace Biophysics Workshop 2010 October 2.-4., Vancouver, Kanada
Lechner B. Fujita M, Wasteneys GO
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Chapter 14: Microtubules. Nabi IR (Ed.), Cellular Domains. 2011; p229-243; Wiley-Blackwell: Hoboken, New Jersey. USA. ISBN 978-0-470-59544-2
Wasteneys GO and Lechner B
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The missing link: do cortical microtubules define plasma membrane nanodomains that modulate cellulose biosynthesis? Protoplasma. 2011 Nov 5.
Fujita M, Lechner B, Barton DA, Overall RL, Wasteneys GO
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The N-terminal TOG domain of Arabidopsis MOR1 modulates affinity for microtubule polymers. Journal of Cell Science. 2012 Oct.
Lechner B, Rashbrooke MC,Collings DA, Eng RC, Kawamura E, Whittington AT, Wasteneys GO
