Die Rolle der MAP65-Familie bei der Regulierung des Mikrotubuli-Gitters

• Antragstellerin: Dr. Mariana Romeiro Motta
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545084341

Äußere und innere mechanische Reize steuern die Entwicklung aller Organismen. Die Zellen müssen diese Reize durch Mechanosensorik erkennen und entsprechend darauf reagieren. Der Schlüssel zur Mechanosensorik in Pflanzen sind kortikale Mikrotubuli (MT), die indirekt die Zellwand formen und sich in der Regel an der vorhergesagten maximalen Spannungsrichtung in verschiedenen Geweben orientieren. MTs sind auch unter Spannung in vitro stabiler und wurden als Spannungssensoren vorgeschlagen. Diese Hypothese bedarf jedoch weiterer experimenteller Nachweise. Während den dynamischen Enden der MTs seit Jahrzehnten Aufmerksamkeit geschenkt wird, wächst das Interesse am MT-Gitter, von dem inzwischen bekannt ist, dass es die mechanischen Eigenschaften und die Dynamik der MTs beeinflusst. Dennoch ist das Zusammenspiel zwischen der Regulierung des MT-Gitters, der Mechanosensorik und den damit zusammenhängenden molekularen Wegen noch unbekannt. In der Gruppe von Laura Aradilla Zapata habe ich herausgefunden, dass MAP65 den Einbau von Tubulin in das MT-Gitter und einen bisher unbekannten MT-Nukleationsmechanismus entlang bestehender MTs in vitro fördert. Diese beiden neuen Rollen von MAP65 veranlassten mich, die Funktion dieser Proteinklasse bei der Organisation von MTs in Zellen neu zu überdenken. Die Gruppe von Olivier Hamant entwickelte ein Einzelzellsystem mit künstlichen Mikrovertiefungen, in denen die mechanischen Eigenschaften der zellulären Umgebung präzise modifiziert werden können, was die Möglichkeit bietet, die Mechanosensorik in Pflanzenzellen ohne den Einfluss des umgebenden Gewebes zu untersuchen. Stefan Diez, ein geplanter Gastgeber für dieses Projekt, ist ein Experte auf dem Gebiet der Mikrofabrikation und der In-vitro-Rekonstitution des Zytoskeletts. In diesem synergetischen Projekt, an dem mehrere Teams beteiligt sind, werde ich die Hypothese testen, dass MAP65 MTs unter Spannung schnell stabilisiert und verstärkt und somit an der Reaktion von Pflanzenzellen auf Zugstress beteiligt ist. Ich werde (1) die Funktion der MAP65-Familie bei der Regulierung des MT-Gitters in vitro charakterisieren, (2) die in vitro gewonnenen Erkenntnisse auf Pflanzenzellen übertragen, (3) die Funktion von MAP65 bei der MT-Reorganisation bei einer Änderung der Oberflächenspannung mit Hamants System testen und (4) die Funktion von MAP65 bei der MT-Selbstorganisation in motorbeschichteten Kompartimenten zellulärer Größe testen. Ich möchte herausfinden, wie die durch MAP65 vermittelte Regulierung des MT-Gitters und die Oberflächenspannung die MT-Anordnung und folglich das anisotrope Wachstum steuern. Diese Arbeit geht über die Pflanzenbiologie hinaus und wird bedeutende Auswirkungen auf die Zellbiologie verschiedener Eukaryonten haben, da der neue MAP65-vermittelte MT-Nukleationsmechanismus im menschlichen Homolog PRC1 konserviert zu sein scheint.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle