Post-translationale Regulation pflanzlicher schwach gleichrichtender K+ Kanäle
Final Report Abstract
Der Kaliumkanal AKT2 aus der Modellpflanze Arabidopsis thaliana spielt bei der Beladung und Entladung des Phloems eine wichtige Rolle. Dieses Protein kann als einwärts gleichrichtender Kanal die Kaliumaufnahme vermitteln, die durch die Aktivität von H +-ATPasen angetrieben wird. Darüber hinaus kann AKT2 mittels reversibler post-translationaler Modifikation in einen nicht gleichrichtenden, offenen, K+-selektiven Kanal umgewandelt werden. Ein solcher Kanal zapft den Kaliumgradienten an, der zwischen dem Zytosol und dem Extrazellulärraum besteht. Dieser Gradient steht dadurch als Energiequelle für andere transmembrane Transportprozesse zur Verfügung. Bislang sind nur sehr wenige Proteine bekannt, die an der Regulation des Schaltmodus von AKT2 beteiligt sind. In dem geförderten Forschungsprojekt wurde mit Hilfe eines Hefe-2-Hybrid Screens die Rezeptorkinase MRH1 (AT4G18640) als möglicher Interaktionspartner von AKT2 identifiziert. Die Interaktion wurde im Hefe- Split-Ubiquitin-System und mittels biomolekularer Fluoreszenzkomplementation (BiFC) und Förster Resonanz Energie Transfer (FRET) bestätigt. Die mrh1-1 null-allel Pflanze zeigt den gleichen Phänotyp wie akt2 knockout Pflanzen unter Energie-limitierten Bedingungen. Diese Daten deuteten auf eine Regulation von AKT2 durch MRH1 hin. Ein Beweis für eine direkte Regulation konnte jedoch trotz großen Aufwands nicht erbracht werden. Weder in elektrophysiologischen Experimenten noch in direkten Phosphorylierungsstudien konnte gezeigt werden, dass MRH1 AKT2 in irgendeiner Weise moduliert. Erst die computergestützte Strukturanalyse von MRH1 lieferte eine Erklärung für alle beobachteten Ergebnisse. In der putative Kinasedomäne von MRH1 sind essentielle Aminosäuren mutiert, so dass die Kinasedomäne nicht mehr funktionell sein kann. MRH1 ist eine Pseudokinase, die immer noch die Struktur einer Kinase aufweist, die aber nicht mehr phosphorylieren kann. Aufgrund dieser Ergebnisse kann gefolgert werden, dass AKT2 und MRH1 sehr wahrscheinlich zu einem größeren Proteinkomplex gehören. In diesem könnte MRH1 dabei helfen, mit anderen Rezeptorkinasen zu interagieren, die AKT2 regulieren können. Da MRH1 strukturell intakt ist, kann MRH1 auch weiterhin bei der Erkennung chemischer Signale eine Rolle spielen und über bindungsspezifische Konformationsänderungen den Proteinkomplex beeinflussen.
Publications
- (2013) The role of K+ channels in uptake and redistribution of potassium in the model plant Arabidopsis thaliana. Front. Plant Sci. 4:224
Sharma T, Dreyer I and Riedelsberger J
(See online at https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00224) - The receptor-like pseudokinase MRH1 interacts with the voltagegated potassium channel AKT2. Sci. Rep. 7:44611
Sklodowski K, Riedelsberger J, Raddatz N, Riadi G, Caballero J, Chérel I, Schulze W, Graf A, Dreyer I
(See online at https://doi.org/10.1038/srep44611)
