Teilprojekt A02: Der pH im TGN/EE als Spezifitätsdeterminante im post-Golgi Trafficking
Leitung
Prof. Dr. Karin Schumacher
Universität Heidelberg
COS, Entwicklungsbiologie
der Pflanzen
INF 230, 69120 Heidelberg
Tel 06221-54-546436
Fax 06221-54-546404
karin.schumacher@cos.uni-heidelberg.de
Prof. Dr. Ursula Kummer
Universität Heidelberg
COS/Bioquant, Modellierung
biologischer Prozesse
INF 267, 69120 Heidelberg
Tel 06221-54-51278
Fax 06221-54-51483
ursula.kummer@bioquant.uni-heidelberg.de
Zusammenfassung
Die Fähigkeit höherer Pflanzen ihr zelluläres Protein-Repertoire sowohl an den jeweiligen Entwicklungskontext, als auch an sich verändernde Umweltbedingungen anzupassen, bildet eine wichtige Voraussetzung für ihre sessile Lebensweise. Die molekularen Mechanismen des Protein-Traffickings tragen daher wesentlich zur Erzeugung von Spezifität in der pflanzlichen Entwicklung und Anpassung bei. Obgleich grundlegende Module und Mechanismen des Protein-Traffickings in allen Eukaryoten konserviert sind, weist das pflanzliche Endomembransystem eine Reihe wichtiger Spezialisierungen auf. So verfügen Pflanzen im Gegensatz zu Tieren, bei denen das trans-Golgi Netzwerk (TGN) und das early endosome (EE) zwei klar voneinander getrennte Kompartimente darstellen, mit dem sog. TGN/EE über eine besondere Schnittstelle von sekretorischem und endozytotischen Transport. Die V-ATPase, eine in allen Eukaryoten konservierte Protonen-Pumpe ist für die Funktionalität und Integrität dieses Kompartiments essentiell, die zugrundeliegenden molekularen Prozesse sind jedoch bislang unverstanden. In Rahmen dieses Projekt wollen wir daher untersuchen, welche Sortierungs- und Transportmechanismen von der Aktivität der V-ATPase abhängig sind und ob es sich dabei um pH-abhängige oder -unabhängige Prozesse handelt. Parallel soll durch die Etablierung neuer Marker und die Kombination von in vivo imaging und korrelativer Elektronenmikroskopie eine verbesserte Auflösung der räumlichen und zeitlichen Dynamik der molekularen Prozesse im TGN/EE erzielt werden. Weiterhin haben unsere Arbeiten gezeigt, dass die V-ATPase im TGN/EE nicht nur eine wichtige Rolle im Protein-Trafficking hat, sondern auch zur Ansäuerung von Vakuole und Apoplast beiträgt. Basierend auf systematischen Messungen des pH-Werts in TGN\EE (pHEE),Vakuole (pHVAC), Cytoplasma (pHCYT) und Apoplast (pHAPO) in Mutanten mit Defekten in H+-Pumpen und H+-Antiportern soll mittels mathematischer Modellierung überprüft werden, ob die bekannten Teilprozesse hinreichend zur Erklärung der experimentellen Messungen der zellulären pH-Homeostase sind oder ob zusätzliche Ionentransporter vorhanden sein müssen. Darüber hinaus soll vorhergesagt werden, welche Transporter unter welchen Bedingungen zentrale Rollen übernehmen.