Regulation des planaren Wachstums während der Integumententwicklung von Arabidopsis thaliana.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Damit ein Organ sich zu seiner normalen Größe und Form entwickeln kann müssen die Zellen des Organs miteinander kommunizieren. Über die entsprechenden Mechanismen ist bei Pflanzen wenig bekannt. Frühere Arbeiten unserer Arbeitsgruppe zeigten, dass die AGC VIII Kinase UNICORN (UCN) das planare Wachstum der Integumente von Arabidopsis reguliert. Pflanzen ohne UCN Genaktivität zeigen tumor-ähnliche Auswüchse in diesem Gewebe. Die genetischen Befunde ließen den Schluss zu, dass UCN in die lokale Wachstumskontrolle eingreift. Weitere Daten deuteten darauf hin, dass UCN während der Integumententwicklung die Aktivität des Transkriptionsfaktors ATS über direkte Protein-Proteininteraktion unterdrückt und so eine Deregulation der Wachstumskontrolle durch überbordende ATS Aktivität verhindert. Mit diesem Projekt sollten weitere Funktionen von UCN identifiziert und die Rolle von PDK1, einer weiteren Proteinkinase, welche die Aktivität vieler verschiedener AGC Kinasen steuert, in der Kontrolle des planaren Wachstums untersucht werden. Breit angelegte genetische Analysen zeigten, dass UCN eine größere Funktionspalette besitzt als bisher angenommen. UCN scheint einen direkten oder indirekten Einfluss auf weitere Aspekte der pflanzlichen Entwicklung, wie zum Beispiel Keimung, Wurzelwachstum, Samengröße und Blühzeitpunkt, auszuüben. Der zugrunde liegende Mechanismus könnte eventuell zumindest beim Blühzeitpunkt eine Kontrolle des Chromatin beinhalten. Vertiefte Einblicke konnten in Bezug auf die Kontrolle des planaren Wachstums in Integumenten und Petalen gewonnen werden. Mittels eines „yeast two-hybrid“-Ansatzes (Y2H) wurde gezeigt, dass UCN und die Kinase PDK1 grundsätzlich in einer Zelle direkt miteinander interagieren können. Dieser Befund konnte durch biochemische und zellbiologische Daten erhärtet werden. Die biochemischen in vitro Experimente zeigten, dass PDK1 zwei wichtige Aminosäuren im Aktivierungssegment von UCN phosphorylieren kann und so wohl UCN aktiviert. Interessanterweise sind diese beiden Reste auch in vivo phosphoryliert. Gleichzeitig zeigte UCN eine schwache Phosphorylierungsaktivität in Bezug auf PDK1. Titrationsexperimente deuteten darauf hin, dass aktives UCN die Autophosphorylierung von PDK1 teilweise negativ beeinflussen kann. Zellbiologische Untersuchungen legten nahe, dass die PDK1/UCN Interaktion im Zytoplasma stattfindet. In einem zweiten Ansatz wurde die biologische Relevanz der beobachteten PDK1/UCN-Interaktion untersucht. Pflanzen ohne PDK1 Aktivität zeigen erstaunlicherweise keine größeren beobachtbaren Wachstumsdefekte. Interessanterweise zeigte sich in der Analyse von Doppelmutanten, dass der Verlust von PDK1 Funktion die lokalen Wucherungen in den Integumenten von ucn unterdrückt. Der Unterdrückungseffekt war nicht auf die Integumente beschränkt, sondern wurde auch an den Petalen beobachtet. Diese genetischen Befunde deuten darauf hin, dass UCN ein negativer Regulator von PDK1 darstellt. Sie stellen auch den genetischen Beweis für die biologische Relevanz der biochemischen und zellbiologischen Daten dar. Es wird derzeit noch weiter überprüft, in welchem Zusammenhang PDK1 mit ATS steht. Es sieht aber so aus, dass UCN das aberrante Wachstum auf mehreren Ebenen unterdrückt. Auf der einen Ebene über eine Interaktion mit mehr global agierenden Faktoren wie PDK1, und auf eine zweiten Ebene über die Interaktion mit lokalen Faktoren wie ATS.
