Die Regulation der Aktivität von CESTA

Im Jahr 1979 sorgte eine Publikation von Carter Cook und seinen Kollegen im Wissenschaftsmagazin Nature` für Aufsehen. Es wurde berichtet, daß Pflanzen Substanzen bilden welche große Ähnlichkeit zu tierischen Steroidhormone aufweisen. Heute weiß man, daß die sogenannten Brassinosteroide Botenstoffe sind welche in Pflanzen Zellteilung und Zellstreckung kontrollieren und wichtige Entwicklungsprozesse steuern. Während man in den letzten 30 Jahren viel darüber aufgeklären konnte wie Pflanzen Brassinosteroide synthetisieren und wie Brassinosteroid Signalübertragung funktioniert weiß man noch verhältnismäßig wenig über Mechanismen welche es Pflanzen ermöglichen die Konzentration an biologisch aktiven Brassinosteroiden in ihren Zellen zu regulieren. Vor kurzem haben wir den Transkriptionsfaktor CESTA (CES) identifiziert, welcher Brassinosteroid Biosynthese steuert. CES ist ein im Nukleus lokalisiertes Protein welches mit BEE1, einem strukturverwandten Protein interagiert und an sogenannte G-Box Motive in den Promotoren jener Gene bindet, dessen Expression es kontrolliert. Interessanterweise verändert eine Aktivierung der BR Signalübertragung die Lokalisierung von CES von einem diffusen Muster zu einer Expression in bestimmten, abgegrenzten Bereichen des Nukleus. Außerdem wird CES in vitro durch BIN2, einer Proteinkinase phosphoryliert, welcher als negativer Regulator in BR Signalübertragung agiert. Zusammengefasst weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass CES Aktivität durch BIN2 reguliert wird um es bei Erkennung von erhöhten Brassinosteroid Konzentrationen möglich zu machen deren Produktion zu drosseln. Im hier vorgestellten Projekt sollen Mechanismen näher aufgeklärt werden welche die Lokalisation und die Aktivität von CES regulieren. Dabei soll vorallem eine mögliche Rolle von Veränderungen der Proteinstruktur von CES durch Phosphorylierung und andere posttranslationelle Modifikationen untersucht werden.

Pflanzen sind sesshafte Lebewesen. Als solche müssen sie ihr Wachstum und ihre Entwicklung permanent an Veränderungen in ihrem Lebensraum anpassen. So wird z.B. bei Trockenheit oder im Winter die Keimung von Samen unterbunden, eine Beschattung durch benachbarte Pflanzen führt zu verstärktem Streckungswachstum in Richtung Licht, Blüte und Fruchtentwicklung werden durch Erkennung der Tageslänge gezielt gesteuert.Hormone spielen bei den Anpassungsprozessen von Pflanzen an äußere Gegebenheiten wesentliche Rollen und im Besonderen auch die pflanzlichen Steroidhormone Brassinosteroide sind dabei entscheidend. Brassinosteroide sind in ihrer Struktur menschlichen und tierischen Steroidhormonen ähnlich. Sie regulieren Zellstreckung und Zellteilung und steuern essentielle Entwicklungsprozesse, wie unter anderem die Wurzel- und Sprossentwicklung, den Zuwachs an Biomasse, die Festlegung des Blütezeitpunktes und das Ausmaß von Fruchtbesatz und Ertrag; sie spielen aber auch in der Anpassung von Pflanzen an abiotische und biotische Schadfaktoren eine Rolle. Ein wichtiges Ziel dieses Projekts war es aufzuklären welche molekularen und biochemischen Mechanismen es Brassinosteroiden erlauben Pflanzenwachstum zu regulieren. Im speziellen interessierte uns die Wirkungsweise des Transkriptionsfaktor CESTA, welcher unter anderem die Synthese der Hormone steuert. Interessanterweise verändert eine Aktivierung der Brassinosteroide Signalübertragung die Lokalisierung von CESTA von einem diffusen Muster zu einem Vorkommen in bestimmten, abgegrenzten Bereichen des Zellkerns. Ziel des Projektes war es aufzuklären wie diese, durch Brassinosteroide regulierte, Musterbildung erreicht wird. Wir konnten zeigen, dass Veränderungen der Proteinstruktur von CESTA durch Phosphorylierungs- und SUMOylierungsreaktionen CESTA Lokalisierung kontrollieren und dass sie darüber hinaus auch die Menge und Aktivität des Transkriptionsfaktor regulieren.Unsere Studie ist die erste wissenschaftliche Arbeit welche ein Zusammenspiel von Phosphorylierungs- und SUMOylierungsreaktionen in der Regulation pflanzlicher Proteinen aufgedeckt hat und liefert erste Evidenz, dass diese in der Regulation von Steroidhormonaktivität eine Rolle spielen.