Entstehung einer polaren Membrandomäne - die Funktion von elektrostatischen Wechselwirkungen an der Plasmamembran bei der Initiierung von Spitzenwachstum in Arabidopsis Wurzeln.

• Antragsteller: Professor Dr. Guido Grossmann
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325716493

Zellpolarität ist eine gemeinsame Eigenschaft praktisch aller lebenden Zellen. Sie ist durch lokale Spezialisierung zellulärer Funktionen gekennzeichnet, die unter anderem Direktionalität von Wachstum oder Fortbewegung vermitteln. An der Plasmamembran findet dabei Symmetriebrechung, und damit funktionelle Polarisation, in Form von Bildung polarer Domänen unterschiedlicher Größenordnungen die stabil oder transient sein können. Wie eine lokale Spezialisierung der Membran jedoch zustande kommt, wird seit Jahrzehnten diskutiert. Da die meisten Zellen stets polarisiert sind, ist es schwierig die Bildung und den Aufbau von polaren Membrandomänen zu untersuchen.Pflanzliche Wurzeln besitzen einen Zelltyp, genannt Haarzellen oder Trichoblasten, die während dem Streckungswachstum zu Spitzenwachstum übergehen. Daher müssen diese Zellen eine neue Polaritätsachse und eine polare Domäne an der Plasmamembran etablieren. Wie der Aufbau der Proteinzusammensetzung an dieser Domäne koordiniert wird und welche Signale oder Rezeptoren die Initiation der Haarbildung auslösen ist noch weitgehend unverstanden. Wir machen uns die gute Vorhersagbarkeit dieses Prozesses zu Nutze um die Rekrutierung spezifischer Proteine und Lipide zur entstehenden Wurzelhaar-Domäne zu untersuchen.Unser erstes Ziel wird es sein, den schrittweisen Aufbau der Domäne zu analysieren und spezifische Protein-Protein-Wechselwirkungen entlang der Zeitachse der Haarentstehung zu bestimmen. Unser zweites Ziel ist es die Mechanismen der Protein-Rekrutierung zu verstehen. Wir untersuchen dabei gezielt die Rolle der Clusterbildung des negativ geladenen Phospholipids Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphat (PIP2). Es ist bekannt, dass PIP2 Proteine über elektrostatische Wechselwirkungen an Domänen der Membran rekrutieren kann. Solch elektrostatische Wechselwirkungen können durch in der Zelle durch Veränderungen des Membranpotentials oder cytosolischer Ionenkonzentrationen effizient moduliert werden.Unser drittes Ziel ist es die Funktion einer bisher unbeschriebenen Rezeptor-Kinase bei der Initiation der Wurzelhaarbildung zu entschlüsseln. Diese Rezeptor-Kinase ist spezifisch in Trichoblasten exprimiert, akkumuliert frühzeitig an der sich bildenden polaren Wurzelhaar-Domäne und verstärkte Aktivität des Proteins führt zu erhöhter Haarinitiation. Diese ersten Daten sprechen für eine Beteiligung dieser Rezeptorkinase bei der Initiation oder Koordinierung der Bildung eines neuen Wurzelhaars.Mit der Analyse des Aufbaus der Haarinitiationsdomäne, der Untersuchung eines Mechanismus zur dynamischen Proteinrekrutierung, und der Aufklärung der Funktion eines möglichen Koordinators dieses Prozesses erwarten wir uns neue Erkenntnisse zur Bildung polarer Domänen an der Plasmamembran sowie zur Initiation polaren Zellwachstums.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: TIRF upgrade
• Gerätegruppe: 5080 Optisches Mikroskopzubehör