Analyse und Rekonstitution von Signalnetzwerken des polaren Wurzelhaarwachstums (ROOT)

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Gerichtetes Spitzenwachstum stellt einen wesentlichen Mechanismus für die Etablierung zellulärer Polarität dar und ist ein grundlegender Prozess, dem das Wachstum von neuronalen Axonen, Pilzhyphen und Wurzelhaaren unterliegt. Wurzelhaare sind zylindrisch-geformte Fortsätze spezialisierter Epidermiszellen. Polares Spitzenwachstum in Wurzelhaaren setzt eine strenge Koordination und Regulation von Zytoskelettdynamik, Vesikeltransport und Ionenströmen voraus. So wurde in Wurzelhaaren ein spitzenlokalisierter Ca2+-Gradient nachgewiesen, der essentiell für das Wurzelhaarwachstum ist. Zusätzlich zu diesem Gradienten auftretende, oszillierende Erhöhungen der Ca2+-Konzentration regulieren wahrscheinlich das ebenfalls in seiner Geschwindigkeit oszillierende Spitzenwachstum sowie oszillierende Änderungen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS)-Konzentrationen und des pH-Wertes.Das langfristige Ziel unseres Projekts liegt in dem Verständnis der molekularen Komponenten und Mechanismen, denen polares Wurzelhaarwachstum unterliegt. Darüber hinaus beabsichtigen wir die Rekonstruktion des beschriebenen oszillierenden Netzwerks. Unsere vorläufigen Daten sowie publizierte Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Ca2+-aktivierte CBL/CIPK-Komplexe simultan NADPH-Oxidasen aktivieren, ATPasen deaktivieren und mit "glutamate receptor-like" (GLR)-Ionenkanälen interagieren und weisen somit auf eine zentrale Funktion dieses Ca2+-Signalnetzwerks für die Etablierung und Koordination des polaren Spitzenwachstums in Wurzelhaaren hin. In diesem Projekt möchten wir Aufschluss darüber gewinnen, wie genau verschiedene Komponenten dieses Signalnetzwerks wirken, wie diese Komponenten dynamisch miteinander vernetzt sind und wie quantitative Änderungen der Ca2+-Konzentration die Informationsverarbeitung in Wurzelhaaren regulieren.Somit sollen in diesem Projekt zwei wesentlich Ziele erreicht werden: (i) Wir möchten die Regulation und Funktion der NADPH-Oxidase RbohC in der ROS-Signaltransduktion während der Bildung und des Wachstums von Wurzelhaaren untersuchen. (ii) Wir werden komplette regulatorische Netzwerke, die dem oszillierenden Verhalten sekundärer Botenstoffe und des Wachstums unterliegen, analysieren und rekonstituieren. Zu diesem Zweck werden wir die Bedeutung Ca2+-Ströme-induzierender GLR-Ionenkanäle und die Regulation dieser Proteine durch CBL/CIPK-Komplexe untersuchen und beabsichtigen die Rekonstitution eines Ca2+-freisetzenden/ROS-generierenden Kreislaufs in Säugerzellen. Darüber hinaus werden wir die Rolle von Plasmamembran-H+-ATPasen (die pH-Oszillationen hervorrufen), "rho of plants" (ROP)-Proteinen (die zelluläre Polarität ermöglichen) und CDPKs (die Ca2+-Siganle dekodieren) für die Etablierung von Oszillationen und Polarität während der Wurzelhaarentwicklung analysieren. Zusammenfassend werden unsere Untersuchungen detaillierte Einblicke in das komplexe Zusammenspiel dieser Signaltransduktionskomponenten in wachsenden Wurzelhaaren ermöglichen.