Structure and signaling mode of type-II ethylene receptors
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Signalwahrnehmung und -weiterleitung des Pflanzenhormons Ethylen werden von einer Familie von Rezeptorkinasen übernommen, die in den Membranen des ER lokalisiert ist. Aufgrund struktureller und funktioneller Unterschiede wird die Ethylenrezeptorfamilie in zwei Sub-Familien eingeteilt, die sich in der Anzahl ihrer Transmembranhelices und der Funktionalität ihrer Kinasedomäne unterscheiden. Das durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderte Projekt hatte zum Ziel mit Hilfe verschiedener Fluoreszenztechniken Prozesse in den bislang noch wenig untersuchten Typ-II Rezeptoren aufzuschlüsseln, die mit der Bindung des Pflanzenhormons, der Homo- und Heteromerbildung der Rezeptoren sowie der Wechselwirkung dieses Rezeptortyps mit verschiedenen nachgeschalteten Signalkomponenten einhergehen. In molekularen Bindungsstudien konnten erstmals Gemeinsamkeiten aber auch deutliche Unterschiede in der Interaktion der Typ-I und Typ-II Rezeptorprototypen mit ihren nachgeschalteten Signalkomponenten EIN2, CTR1 und AHP1 aufgezeigt werden, die eine mögliche molekulare Grundlage für die große Vielfalt und Dynamik der pflanzlichen Ethlyenantworten und den großen Konzentrationsbereich liefern, über den das Hormon wirkt. Untersuchungen zur Homo- und Heteromerbildung der verschiedenen Rezeptortypen dokumentieren darüber hinaus, dass die zusätzliche Transmembranhelix, die in den Typ-II Rezeptoren vorhanden ist, eine wichtige Rolle in der Interaktion oder der Stabilisierung des Transmembranbereichs dieses Rezeptortyps übernimmt und nicht nur die in der Literatur ebenfalls diskutierte Funktion eines Signalpeptids innehat. Die im Rahmen des Projektes ebenfalls angestrebte funktionelle Analyse der Homo- und Heteromerisierung der unterschiedlichen Rezeptortypen in pflanzlichen Geweben konnte in der Förderperiode nicht vollständig realisiert werden. Allerdings konnten eine umfangreiche Toolbox pflanzlicher Expressionsvektoren für Typ-I und Typ-II Rezeptoren mit unterschiedlichen Fluoreszenzpartnern generiert und geeignete Bedingungen für die Ko- Expression der beiden unterschiedlichen Rezeptortypen in Tabakepidermiszellen identifiziert werden, die eine funktionelle Analyse des Oligomerisierungszustands der verschiedenen Rezeptortypen über homo- und hetero-FRET in künftigen Studien ermöglichen. Weiterhin ist uns in der Förderperiode die Entwicklung und Herstellung eines auf dem Sensorbereich der Typ-II Rezeptoren basierenden FRET-Sensors gelungen, der die Bindung und die mit der Bindung verbundenen Konformationsänderungen des Pflanzenhormons Ethylen detektieren kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015) Research Tools: Biochemical and Biophysical Techniques for Studying Ethylene Signaling pp 223-244 in Ethylene in Plants edited by Chi-Kuang Wen, 2015, Springer, ISBN: 978-94-017-9483-1
Bisson, M.M.A. und Groth, G.
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(2017) Circular Dichroism and Fluorescence Spectroscopy to study Protein Structure and Protein-Protein Interactions in Ethylene Signaling pp 141-159 in Methods in Molecular Biology: Ethylene Signaling edited by Binder, Brad M. and Schaller, George E., 2017, Springer, ISBN: 978-1-4939-6852-7
Kessenbrock, B. und Groth, G.
