Die Reise der Autophagosomen in Pflanzen erhellen
Illuminating the journey of autophagosomes in plants
Wissenschaftsdisziplinen
Biologie (100%)
Keywords
-
Autophagy,
Endomembrane Trafficking,
Arabidopsis,
Marchantia,
Selective Autophagy
Autophagie ist ein wichtiger und universeller Qualitätskontrollweg in Zellen, der beschädigte Zellbestandteile recycelt, um sie vor Schaden zu schützen. Dabei werden die geschädigten Makromoleküle in ein Doppelmembranvesikel eingekapselt und als sogenanntes Autophagosom zum Recycling in die Vakuole transportiert. Trotz umfangreicher molekularer Studien an Hefen und Metazoen ist bei Pflanzen noch weitgehend unbekannt, wie das Autophagosom transportiert wird und mit der Vakuole verschmilzt. Interessanterweise fehlen in Pflanzengenomen einige der Schlüsselakteure, die am Autophagosomtransport beteiligt sind, obwohl der Kern der Autophagie- Maschinerie hoch konserviert ist. Das deutet darauf hin, dass die grünen Pflanzen neue Methoden entwickelt haben, um das Autophagosom in die Vakuole zu transportieren. Um den molekularen Mechanismus des Autophagosomtransports in Pflanzen zu entschlüsseln, konzentrierten wir uns auf die Identifizierung der Autophagie-Adaptoren. Diese werden durch die Interaktion mit dem ATG8-Oberflächenproteinezum Autophagosom rekrutiert. Um Autophagie-Adaptoren zu identifizieren, wurden Autophagosomen von der Pflanze Arabidopsis gereinigt und mittels Massenspektrometrie analysiert. Dadurch wurden zwei Kandidaten als Autophagie-Adaptoren identifiziert, die essenziell sind für den Transport in Arabidopsis. Beide Proteine scheinen mit ATG8-Proteinen über kurze lineare Motive zu interagieren, die als ATG8-interagierendes Motiv bezeichnet werden. Um die beiden Autophagie-Adaptoren zu bestätigen, werden sie gezielt in den Pflanzen Arabidopsis und Marchantia ausgeschalten ( knock out) und versucht durch erneutes Einschleusen dieser Adaptoren die Funktion wieder herzustellen ( rescue). Dadurch kann die molekulare Funktion und die Evolution der Adapterproteine erforscht werden. Besonders interessant ist hier der Versuch, ob eine Konzentrationserhöhung der Autophagie-Adaptoren die Autophagie fördert und damit die Stresstoleranz der Pflanzenverbessert. Um zusätzlichdie Autophagie-Adaptorenultra- hochauflösend in den Zellen zu visualisieren wird korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie genutzt. Unsere Studie bringt Einblicke in eine bisher unbekannte Gruppe von molekularen Akteuren in der pflanzlichen Autophagie. Es wird sich zeigen, ob sie optimiert werden können, um robustere Pflanzen zu züchten.
Autophagie ist ein zellulärer Recyclingprozess, bei dem schädliche oder unerwünschte Zellbestandteile in speziellen, doppelwandigen Kompartimenten, sogenannten Autophagosomen, eingeschlossen und zur Vakuole - der Recycling-Zentrale der Zelle - transportiert werden. Während die Bildung von Autophagosomen bei Pflanzen gut erforscht ist, war bisher unklar, wie diese Autophagosomen reifen und mit der Vakuole verschmelzen. In dieser Studie haben wir ein Protein namens CFS1 identifiziert, das dabei hilft, Autophagosomen zur Vakuole zu leiten und deren Fusion zu ermöglichen. CFS1 interagiert direkt mit ATG8, einem etablierten Marker von Autophagosomen, und befindet sich auf den Autophagosomenmembranen. Ohne CFS1 bilden sich zwar weiterhin Autophagosomen, erreichen aber nicht mehr effektiv die Vakuole. Bemerkenswerterweise ist diese Funktion von CFS1 evolutionär konserviert und findet sich auch in anderen Pflanzenarten, wie beispielsweise dem Lebermoos Marchantia polymorpha. CFS1 verbindet Autophagosomen mit anderen zellulären Strukturen, sogenannten multivesikulären Körpern, durch Interaktion mit VPS23A, einem Bestandteil des ESCRT-I-Komplexes. Diese Verknüpfung ist essenziell für eine funktionierende Autophagie; wenn sie gestört ist, beeinträchtigt dies die Fähigkeit der Pflanze, Nährstoffmangel zu bewältigen. Unsere Ergebnisse decken somit einen grundlegenden und konservierten Mechanismus auf, der die Autophagie in Pflanzen reguliert.
Research Output
- 205 Zitationen
- 26 Publikationen
- 1 Datasets & Models
-
2025
Titel Electrostatic changes enabled the diversification of an exocyst subunit via protein complex escape DOI 10.1038/s41477-025-02135-1 Typ Journal Article Autor De La Concepcion J Journal Nature Plants Seiten 2350-2367 Link Publikation -
2025
Titel Vacuolar signaling, biogenesis, and quality control in plants DOI 10.1016/j.pbi.2025.102756 Typ Journal Article Autor Julian J Journal Current Opinion in Plant Biology Seiten 102756 Link Publikation -
2025
Titel An A. thaliana mutant lacking all nine ATG8 isoforms provides genetic evidence for functional specialization of ATG8 in plants DOI 10.1242/jcs.263803 Typ Journal Article Autor Del Chiaro A Journal Journal of Cell Science Link Publikation -
2023
Titel Shuffled ATG8 interacting motifs form an ancestral bridge between UFMylation and autophagy. DOI 10.15252/embj.2022112053 Typ Journal Article Autor Picchianti L Journal The EMBO journal -
2023
Titel A RabGAP-Rab GTPase pair regulates plant autophagy and immunity DOI 10.1101/2023.07.03.547386 Typ Preprint Autor Yuen E Seiten 2023.07.03.547386 Link Publikation -
2024
Titel ATG8ylation of vacuolar membrane protects plants against cell wall damage DOI 10.1101/2024.04.21.590262 Typ Preprint Autor Julian J Seiten 2024.04.21.590262 Link Publikation -
2024
Titel Metabolic enzymes moonlight as selective autophagy receptors to protect plants against viral-induced cellular damage DOI 10.1101/2024.05.06.590709 Typ Preprint Autor Clavel M Seiten 2024.05.06.590709 Link Publikation -
2024
Titel Vacuolar degradation of plant organelles DOI 10.1093/plcell/koae128 Typ Journal Article Autor Otegui M Journal The Plant Cell Seiten 3036-3056 Link Publikation -
2024
Titel A RabGAP negatively regulates plant autophagy and immune trafficking DOI 10.1016/j.cub.2024.04.002 Typ Journal Article Autor Yuen E Journal Current Biology Link Publikation -
2024
Titel Nucleo-cytoplasmic distribution of SAP18 reveals its dual function in splicing regulation and heat-stress response in Arabidopsis DOI 10.1016/j.xplc.2024.101180 Typ Journal Article Autor Larran A Journal Plant Communications Seiten 101180 Link Publikation -
2023
Titel ATG8 delipidation is not universally critical for autophagy in plants DOI 10.1101/2023.08.23.554513 Typ Preprint Autor Zou Y Seiten 2023.08.23.554513 Link Publikation -
2024
Titel Cross-species interactome analysis uncovers a conserved selective autophagy mechanism for protein quality control in plants DOI 10.1101/2024.09.08.611708 Typ Preprint Autor De Medina Hernández V Seiten 2024.09.08.611708 Link Publikation -
2024
Titel Electrostatic changes enabled the diversification of an exocyst subunit via protein complex escape DOI 10.1101/2024.08.26.609756 Typ Preprint Autor De La Concepcion J Seiten 2024.08.26.609756 -
2024
Titel Nonuple atg8 mutant provides genetic evidence for functional specialization of ATG8 isoforms in Arabidopsis thaliana DOI 10.1101/2024.12.10.627464 Typ Preprint Autor Del Chiaro A Seiten 2024.12.10.627464 Link Publikation -
2025
Titel ATG8 delipidation is not universally critical for autophagy in plants DOI 10.1038/s41467-024-55754-1 Typ Journal Article Autor Zou Y Journal Nature Communications Seiten 403 Link Publikation -
2025
Titel Ancestral P-body proteins rewired for autophagic recycling in the early land plant Marchantia polymorpha DOI 10.1101/2025.08.09.669463 Typ Preprint Autor Abdrakhmanov A Seiten 2025.08.09.669463 Link Publikation -
2025
Titel Microautophagy in cereal grains: protein storage or degradation? DOI 10.1016/j.tplants.2024.12.012 Typ Journal Article Autor Plott S Journal Trends in Plant Science Seiten 736-744 Link Publikation -
2025
Titel ATG8ylation of vacuolar membrane protects plants against cell wall damage DOI 10.1038/s41477-025-01907-z Typ Journal Article Autor Julian J Journal Nature Plants Seiten 321-339 Link Publikation -
2025
Titel Cell-type specific autophagy in root hair forming cells is essential for salt stress tolerance in Arabidopsis thaliana DOI 10.1101/2025.03.18.643786 Typ Preprint Autor Zhao J Seiten 2025.03.18.643786 Link Publikation -
2025
Titel Root hair lifespan is antagonistically controlled by autophagy and programmed cell death DOI 10.1101/2025.03.18.643910 Typ Preprint Autor Feng Q Seiten 2025.03.18.643910 Link Publikation -
2025
Titel Cross-species interactome analysis uncovers a conserved selective autophagy mechanism for protein quality control in plants DOI 10.1016/j.devcel.2025.11.001 Typ Journal Article Autor Sánchez De Medina Hernández V Journal Developmental Cell Link Publikation -
2022
Titel Plant autophagosomes mature into amphisomes prior to their delivery to the central vacuole DOI 10.1083/jcb.202203139 Typ Journal Article Autor Zhao J Journal Journal of Cell Biology Link Publikation -
2022
Titel Plant autophagosomes mature into amphisomes prior to their delivery to the central vacuole DOI 10.1101/2022.02.26.482093 Typ Preprint Autor Zhao J Seiten 2022.02.26.482093 Link Publikation -
2022
Titel Autophagy promotes programmed cell death and corpse clearance in specific cell types of the Arabidopsis root cap DOI 10.1101/2022.02.16.480680 Typ Preprint Autor De Rycke R -
2021
Titel Molecular mechanisms of endomembrane trafficking in plants DOI 10.1093/plcell/koab235 Typ Journal Article Autor Aniento F Journal The Plant Cell Seiten 146-173 Link Publikation -
2022
Titel Shuffled ATG8 interacting motifs form an ancestral bridge between UFMylation and C53-mediated autophagy DOI 10.1101/2022.04.26.489478 Typ Preprint Autor Picchianti L Seiten 2022.04.26.489478 Link Publikation
-
2024
Link
Titel Cross-species interactome analysis uncovers a conserved selective autophagy mechanism for protein quality control in plants DOI 10.5281/zenodo.13714559 Typ Database/Collection of data Öffentlich zugänglich Link Link