Identifizierung eines plasmodesmalen Transportsignales

Für die Ausbreitung von Viren in einer Pflanze sind viruskodierte "Movementproteine" essentiell, die den Transport des Virus von einer infizierten Zelle in Nachbarzellen bewerkstelligen. Der Transport erfolgt durch Plasmodesmata, dünne Kanäle die alle Pflanzenzellen miteinander verbinden. Das Hauptziel dieses Projektes ist es, den interzellulären Transportvorgang von Tabakmosaikvirus (TMV) zu studieren, der von seinem Movementprotein (TMV-MP) vermittelt wird. Im Rahmen des Projektes wurde ein neuer wirtsspezifischer Mechanismus beschrieben, der zur Inaktivierung des Movementproteins führt. Außerdem konnte ein neues in die Virusausbreitung involviertes pflanzliches Protein identifiziert werden. Diese Erkenntnisse können die Grundlage für die Entwicklung antiviraler Strategien bilden. TMV-MP bringt das virale Genom über einen intrazellulären "targeting" Schritt an die Plasmodesmata heran, vergrößert dann die Plasmodesmata-Kanäle, und vermittelt den Durchtritt des Virusgenomes in die Nachbarzelle. Durch das Vergrößern der Plasmodesmata-Kanäle stört TMV-MP die interzelluläre Kommunikation und den Metabolismus der Pflanze. Es ist daher naheliegend, daß Pflanzen einen Mechanismus zur Inaktivierung viraler MPs haben, um damit ihr eigenes Überleben während einer Infektion zu sichern. Tatsächlich konnten wir zeigen, daß Phosphorylierung von TMV-MP durch eine pflanzliche Kinase den Zell-Zell Transport von TMV blockiert, und zwar in Abhängigkeit von der jeweiligen Wirtspflanze. In Nicotiana tabacum, einem Wirt, der TMV Infektionen sehr gut übersteht, wird das TMV-MP durch Phosphorylierung inaktiviert, während im hochsensitiven Wirt Nicotiana benthamiana, der von TMV Infektionen stark in Mitleidenschaft gezogen wird, TMV-MP durch Phosphorylierung nicht inaktiviert wird. Weiterführende Studien an mehreren Wirtspflanzen bestätigen diese Korrelation. Möglicherweise ist die wirtsabhängige Regulierung der TMV-MP Aktivität durch Phosphorylierung der Grund für die unterschiedlichen Anfälligkeit verschiedener Nicotiana-Spezies für TMV Infektionen. Um den Mechanismus der phosphorylierungsbedingten Inaktivierung von TMV-MP genauer aufzuklären, wurden sogenannte "Movement-Profile" für verschiedene Phosphorylierungsmutanden von TMV-MP erstellt. Die Movement-Profile erlauben einen detaillierten Vergleich der Zell-Zell-Transport Kapazität verschiedener Mutanden, und zeigen auf, bei welchem Schritt im Transportprozess eine inaktive Mutande feststeckt. Mit dieser Methode konnten wir zwei Mutanden ermitteln, die an verschiedenen Stellen des Transportprozesses blockiert sind. Diese beiden inaktiven Mutanden werden daher zur Herstellung transgener Pflanzen verwendet werden, da sie möglicherweise die Virusausbreitung verhindern können und so resistente Pflanzen gewonnen werden können. Weiters haben wir pflanzenendogene Interaktionspartner von TMV-MP in der Wirtspflanze N. tabacum identifiziert. Einer dieser Interaktionspartner, MPB2C, wurde einer detaillierten Analyse unterzogen. MPB2C ist am Zytoskelett der Pflanze lokalisiert, und verankert TMV-MP am Zytoskelett. Dadurch verhindert MPB2C das intrazelluläre "targeting" von TMV-MP an die Plasmodesmata, und blockiert somit Zell-Zell Transport. Dieses Ergebnis deutet auf eine Funktion von MPB2C in der negativen Regulation des Transportvorganges oder auf eine antivirale Abwehrfunktion hin. Aufgrund der potentiellen Anwendbarkeit in antiviralen Strategien wurde die Interaktion von MPB2C und TMV-MP patentiert.