Assemblierung und Dynamik makromolekularer Proteinkomplexe am Membran-Mikrotubuli Nexus während der Zellteilung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katharina Bürstenbinder
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396136985

Die präzise Kontrolle von räumlichen und zeitlichen Mustern der Zellteilung ist essenziell für die Koordination von Wachstum in Pflanzen. Das pflanzliche Zytoskelett übernimmt wichtige Funktionen in der Zellteilung. Während der Transition von der G2 zu M Phase reorganisieren kortikale Interphase Mikrotubuli und bilden das Präprophaseband (PPB). Das PPB umgibt die Zelle an der künftigen Teilungsebene. Nach PPB Disassemblierung in der späten Prophase wird diese Positionsinformation über eine polare Membranregion, die kortikale Teilungsebene (CDZ), bis zum Abschluss der Zellteilung aufrechterhalten. Die Bildung einer neuen Zellwand wird nach Trennung der Chromosomen über den Spindelapparat im Zentrum der Zelle initiiert. Als Gerüst für Vesikeltransport und Zellwandsynthese dient der Phragmoplast, ein bipolares Netzwerk aus Mikrotubuli. Der Phragmoplast expandiert zentrifugal und leitet die wachsende Zellplatte zur CDZ, an der die Zellplatte mit der maternalen Zellwand fusioniert, um eine neue Zellwand zu generieren. Verschiedene Klassen Mikrotubuli-assoziierter Proteine (MAPs) regulieren die Dynamik und Organisation von PPB, CDZ, Phragmoplast, sowie die Interaktion zwischen Mikrotubuli und Membrankompartimenten. Obwohl die Funktionen einzelner MAPs und Membran-assoziierter Proteine während der Zellteilung bereits entschlüsselt sind, ist weitestgehend unbekannt, wie verschiedene MAPs miteinander interagieren und wie Mikrotubulinetzwerke mit Membranen an der CDZ, an Vesikeln und an der Zellplatte koordiniiert werden. Arbeiten in unserer Gruppe an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana haben eine Klasse pflanzenspezifischer Proteine, genannt IQ67 Domänen Proteine (IQD), identifiziert, die vermutlich Funktionen in der Assemblierung makromolekularer Proteinkomplexe am Mikrotubuli-Zytoskelett übernehmen. Wir konnten zeigen, dass Mitglieder der IQD Familie die Festlegung der Zellteilungsebene regulieren. IQD Proteine lokalisieren an Mikrotubuli und Membranen am PPB, Phragmoplast, der CDZ und Zellplatte und interagieren mit verschiedenen Proteinen mit bekannten Funktionen am Phragmoplast und in der Zellwandbiogenese. Die namensgebende IQ67 Domäne enthält mehrere funktionale Calmodulin (CaM) Bindemotive. Ob und wie IQD Proteine zur CaM-vermittelten Weiterleitung von Kalziumsignalen beitragen, ist bislang allerdings nicht bekannt. Im Rahmen dieses Antrags sollen die Dynamik und Zusammensetzung IQD-assemblierter Komplexe während der Zellteilung am Phragmoplast und der Zellplatte über eine Kombination aus zellbiologischen, genetischen und Protein-biochemischen Methoden untersucht werden. Die Kombination dieser Ansätze ermöglicht es, ein besseres Verständnis der Regulation von Mikrotubulinetzwerken und ihrer Koordination mit Membranen zu erlangen. Die Arbeiten bieten somit ein mechanistisches Gerüst, um Prinzipien der Signalintegration an makromolekularen Proteinkomplexen während der Zellteilung und anderer Mikrotubuli-regulierter Prozesse zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen