Signalmodul für die pflanzliche Immunantwort aufgeklärt.
Steigt bei Pathogenbefall die Kalziumkonzentration in der Pflanzenzelle, wird dieses Ereignis von Kalzium-abhängigen Proteinkinasen (CDPKs) erkannt und in Phosphorylierungssignale übersetzt, die wiederum Abwehrreaktionen auslösen. Die Kalzium-abhängige Proteinkinase CPK5 stellt dabei einen zentralen Knotenpunkt in der Aktivierung der pflanzlichen Immunantwort dar. Die CDPK-Signalkette ist jedoch mit vielen zusätzlichen molekularen Bausteinen verknüpft. Forscher des IPB und aus China konnten nun weitere Interaktionen solcher Bausteine mit CPK5 aufklären und haben ihre Ergebnisse kürzlich im Fachmagazin The Plant Cell publiziert.
Ein solcher Faktor, dessen Interaktion mit Kalzium-abhängigen Proteinkinasen bekannt aber nicht im Detail aufgeklärt war, ist die Exocyst-Untereinheit EXO70B1. Als Teil des Exocyst-Komplexes hilft sie, Vesikel für die Exozytose zur Plasmamembran zu rekrutieren. exo70B1-Mutanten zeigen Symptome von Autoimmunität wie verstärktes Auftreten von Zelltod und erhöhte Resistenz gegen Pathogene. Man wusste bereits, dass dieser Mutantenphänotyp in exo70B1 nur auftritt, wenn die Kalzium-abhängige Proteinkinase CPK5 und ein weiteres in der Abwehr involviertes Protein, TN2, vorhanden sind. Außerdem weisen Pflanzen, die CPK5 überexprimieren, eine ähnliche Autoimmunität auf. Diese Indizien deuten auf ein enges Zusammenspiel dieser Faktoren hin und Ziel des Forscherteams war es, die molekularen Grundlagen dieses Autoimmunitätsphänotyps aufzuklären.
Mit der vorliegenden Studie konnten die Autoren zunächst zeigen, dass TN2 direkt mit CPK5 interagiert. Diese Interaktion scheint für die Autoimmunität von exo70B1 notwendig zu sein. Im nächsten Schritt sollten stromabwärts dieses CPK5-TN2-Signalkomplexes Zielproteine identifiziert werden, die von der CPK5-Kinase phosphoryliert werden. Dazu führten die Forscher eine Phosphoproteom-Analyse durch, bei der sie die Proteinphosphorylierungen von Wildtyp- und cpk5-Mutantenpflanzen verglichen, und fanden einen weiteren Player, den Transkriptionsfaktor CAMTA3 aus der Familie der Calmodulin-bindenden Transkriptionsaktivatoren. Über CAMTA3 war bereits bekannt, dass es in der Immunantwort als negativer Regulator fungiert und dass es ebenfalls an CPK5 binden kann. Eine Pathogeninfektion führt zu CAMTA3-Abbau und zur Aktivierung der Abwehr, während camta3-Mutanten ebenfalls einen Autoimmunitäts-Phänotyp aufweisen.
Die Hallenser Forscher konnten nun nachweisen, dass CAMTA3 ein direktes Phosphorylierungssubstrat der CPK5-Kinase ist und am Serin-964 phosphoryliert wird. Sie bestätigten auch, dass diese Phosphorylierung zum Abbau von CAMTA3 beiträgt. Somit werden durch die Beseitigung dieses negativen Regulators Abwehrgene zur Transkription freigegeben und die Abwehrantwort wird aktiviert. Durch eine stabilere CAMTA3-Isoform, die in der gain-of-function-Mutante camta3-3d vorliegt, kann hingegen die Autoimmunität von exo70B1 unterdrückt werden. Das deutet darauf hin, dass diese beiden Faktoren tatsächlich in ein und demselben Signalweg agieren.
Zusammengefasst konnten die Forscher also ein TN2-CPK5-CAMTA3-Modul beschreiben, dass zur exo70B1-vermittelten Autoimmunität beiträgt. Sie schlussfolgern, dass dieser Signalweg auch im Kontext von Pathogenbefall relevant sein könnte, da Pathogen-Effektoren den EXO70B1-Faktor beeinträchtigen oder sogar destabilisieren können - ähnlich dem Zustand, der in der exo70B1-Mutante herrscht.
Originalpublikation: Liu N, Jiang X, Zhong G, Wang W, Hake K, Matschi S, Lederer S, Hoehenwarter W, Sun Q, Lee J, Romeis T, Tang D. CAMTA3 repressor destabilization triggers TIR domain protein TN2-mediated autoimmunity in the Arabidopsis exo70B1 mutant. Plant Cell. 2024 May 1;36(5):2021-2040. doi: 10.1093/plcell/koae036