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Die Reise der Autophagosomen in Pflanzen erhellen

Illuminating the journey of autophagosomes in plants

Yasin Dagdas (ORCID: 0000-0002-9502-355X)
  • Grant-DOI 10.55776/P34944
  • Förderprogramm Einzelprojekte
  • Status beendet
  • Projektbeginn 01.01.2022
  • Projektende 31.12.2024
  • Bewilligungssumme 404.586 €
  • Projekt-Website

Wissenschaftsdisziplinen

Biologie (100%)

Keywords

    Autophagy, Endomembrane Trafficking, Arabidopsis, Marchantia, Selective Autophagy

Abstract Endbericht

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.

Forschungsstätte(n)
  • Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology - 100%

Research Output

  • 121 Zitationen
  • 13 Publikationen
  • 1 Datasets & Models
Publikationen
  • 2024
    Titel Vacuolar degradation of plant organelles.
    DOI 10.1093/plcell/koae128
    Typ Journal Article
    Autor Otegui Ms
    Journal The Plant cell
    Seiten 3036-3056
  • 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
  • 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 Löfke C
  • 2025
    Titel Microautophagy in cereal grains: protein storage or degradation?
    DOI 10.1016/j.tplants.2024.12.012
    Typ Journal Article
    Autor Dagdas Yf
    Journal Trends in plant science
    Seiten 736-744
  • 2025
    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 Ge J
    Journal Plant communications
    Seiten 101180
  • 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
  • 2024
    Titel A RabGAP negatively regulates plant autophagy and immune trafficking.
    DOI 10.1016/j.cub.2024.04.002
    Typ Journal Article
    Autor Leary Ay
    Journal Current biology : CB
  • 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
  • 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
  • 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
  • 2023
    Titel ATG8 delipidation is not universally critical for autophagy in plants
    DOI 10.1101/2023.08.23.554513
    Typ Preprint
    Autor Ohlsson J
  • 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
Datasets & Models
  • 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

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