Regulatoren des Auxintransports

Das Phytohormon Auxin spielt eine zentrale Rolle in der Kontrolle einer Reihe von entwicklungsbiologischen als auch physiologischen Prozessen in höheren Pflanzen. In den letzten Jahren wurde einige molekulare Komponenten, die für die Signaltransduktion von Auxin benötigt werden, in dem Modellorganismus Arabidopsis thaliana isoliert. Diese Gene spielen eine Rolle in der Kontrolle von Proteinstabilität, Transkriptionskontrolle als auch Auxintransport charakterisiert. Eine der vordringlichsten Fragen die sich für Pflanzenmolekularbiologen daraus ergaben, ist ein besseres Verständnis einer etwaigen Interaktion dieser verschiedenen Faktoren. Die regulierte, dosierte Verteilung von Auxin in höheren Pflanzen spielt eine zentrale Rolle in der Kontrolle der Pflanzenentwicklung. Durch die Charakterisierung von Proteinen die den aktiven Transport des Wachstumregulators katalysieren, eröffnete sich die Möglichkeit, die Regulation von Auxintransport auf molekularer Ebene zu charakterisieren. Im Labor des Antragstellers wurde und wird der Auxintransporter ETHYLENE INSENSITIVE ROOT 1 (EIR1) auf molekularer Ebene charakterisiert. Im Zuge dieser Experimente zeigte sich, dass die Expression von EIR1 durch verschiedene Proteine kontrolliert wird. Diese Proteine wurden ursprünglich als Komponenten der Auxin-Signaltransduktion charakterisiert. Von diesen Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass die Kontrolle von Auxintransporter-Expression ein zentrales Element in der Auxinsignaltransduktion darstellt. Eine eingehendere, detaillierte Untersuchung dieser Interaktionen ist Ziel dieses Projektantrages, Genetische und biochemische Untersuchungen der Kontrolle von EIR1-Expression sollten zu einem generell besseren Verständnis der Auxinwirkung in höheren Pflanzen führen.

Entwicklung von höheren Pflanzen zeichnet sich durch eine bemerkenswerte Flexibilität aus. Diese Anpassung an standortbedingte Veränderungen (Adaptation) betrifft primär die post-embryonale Entwicklung, und wird durch ein umfassendes Spektrum an sensorischen Signaltransduktionsmechanismen kontrolliert. Veränderungen in der Umwelt werden durch diese Signaltransduktionswege übermittelt und beeinflussen nachhaltig endogene Entwicklungsprogramme der Pflanzen. Eine Schlüsselrolle in der Signalübertragung spielen eine Reihe von Wachstumsregulatoren wie z.b. das Phytohormon Auxin. PIN Proteine fungieren als Transporter, die den Export von Auxin aus der Zelle bewerkstelligen. Molekulare Analyse dieser Membranproteine zeigte, dass die sub-zelluläre Lokalisierung von PINs die Richtung des Auxintransportes determiniert, und dadurch eine grosse Zahl von Entwicklungsabläufen beeinflusst. Arbeiten aus unserem Labor zeigen nun, dass neben der Kontrolle der sub-zellulären Lokalisierung von PINs auch eine gewebsspezifische Regulation der PIN Proteinmenge von zentraler Bedeutung für den Auxintransport ist. So konnte für PIN2 gezeigt werden, dass sowohl Umweltbedingungen als auch endogene Signale einen regulierenden Einfluss auf Lokalisierung und proteolytischen Abbau dieses Proteins haben. In weiteren Experimenten zeigte sich, dass Auxin selbst sowohl die Expression auf Transkriptionsebene als auch die proteolytische Degradation von PIN2 regulierend beeinflusst. Dieser unmittelbare Effekt von Auxin auf seine Transportmaschinerie zeigt einen auto-regulativen Mechanismus auf der in der Kontrolle der zellulären Auxin- Homöostasis - und somit in der Pflanzenentwicklung - eine zentrale Rolle spielen dürfte.