Teilprojekt D01: Aktivierung von LRR-Rezeptorkinasen durch gemeinsame Korezeptorproteine

Leitung:

Dr. Michael Hothorn

Friedrich-Miescher-Laboratorium der Max-Planck-Gesellschaft

Arbeitsgruppe Strukturbiologie der Pflanzen

Spemannstr. 39, 72076 Tübingen

Tel 07071 - 601 823

Fax 07071 - 601 801

mhothornspam prevention@tuebingen.mpg.de

Zusammenfassung:

Mehrzelliges Leben hat sich im Laufe der Evolution unabhängig in Tieren und in Pflanzen entwickelt. Die Bildung von Geweben und Organen wird in beiden Lebensformen von hormonellen Signalen koordiniert, jedoch sind pflanzliche Hormone und deren nachgeschaltete Signalerkennungswege sehr verschieden von den bereits gut beschriebenen tierischen Systemen. Meine Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Frage, wie Pflanzen extra-zelluläre Signale an Membranen erkennen und diese Signale in eine Zellantwort umwandeln. Leucine-Rich Repeat Rezeptorkinasen (LRR-RK) bilden die größte und wichtigste Proteinfamilie zur Erkennung extra-zellulärer Signale in Pflanzen. Im nachfolgend beschriebenen Projektantrag wollen wir untersuchen, wie diese Rezeptoren sehr verschiedene Signale erkennen, ihre Signale durch die Zellmembran leiten und sehr unterschiedliche pflanzliche Entwicklungsprozesse steuern können. Um diese Fragen zu beantworten, wollen wir strukturbiologische, biochemische, zellbiologische und genetische Experimente kombinieren. Erstens wollen wir untersuchen, wie pflanzliche LRR-RK ganz verschiedene Liganden (Steroide, Peptide und gefaltete Proteine) spezifisch erkennen können. Als Modellsysteme schlagen wir den pflanzlichen Steroidrezeptor BRI1 und die Rezeptorkinase EMS1 vor. EMS1 erkennt einen großen Peptidliganden, welcher die Entwicklung des Staubbeutels in Arabidopsis steuert. Zweitens wollen wir untersuchen wie die Bindung eines Liganden an der Zelloberfläche die Aktivierung der cytoplasmatischen Kinasedomäne anregt. Unsere Arbeitshypothese ist, dass ein kleines Ko-Rezeptorprotein diese Aufgabe übernimmt. Drittens wollen wir verstehen, wie der Rezeptor nach erfolgter Signalweiterleitung wieder in seinen Ruhezustand gebracht wird, und wie dieser Ruhezustand reguliert wird. Wir hoffen, mit unserem experimentellen Ansatz eine fundamental neue Art der Signaltransduktion im Detail zu entschlüsseln und den Signalaustausch zwischen verschiedenen Signalwegen zu verstehen. Langfristig möchten wir die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Hormonerkennung an Membranen in Tieren und Pflanzen herausarbeiten, um diesen Aspekt mehrzelligen Lebens besser zu verstehen. Plants and animals independently evolved multicellularity, and thus, by comparing them we can trace back how complex life forms developed on earth. Both the animal and plant kingdom make use of short- and long-range signaling molecules to integrate growth and development. The chemistry of these hormonal signals is however radically different in plants and animals, as are the receptors responding to them. My group aims to understand how plants sense extracellular hormone signals at membranes. Receptor kinases with leucine-rich repeat (LRR) extracellular domains form the largest family of membrane receptors in plants (LRR-RKs). Here, we propose to mechanistically dissect how LRR-RKs are able to sense very diverse ligands that range from small molecules to peptides and entire proteins. We also hope to uncover a novel receptor activation mechanism for plant LRR-RKs that relies on the interaction with shape-complementary co-receptor proteins. A validated receptor activation mechanism for plant membrane receptor kinases will allow us to study cross-talk between different signaling pathways and to specifically interfere with membrane receptor activities in vivo.