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20.07.2020

+++ Newsticker Wissenschaft #49 +++ Pflanzliche Abwehr +++

News and Views für Nature Plants.

Dank ihrer starken Expertise auf dem Gebiet der pflanzlichen Immunantwort haben Tina Romeis und Lennart Wirthmüller vor kurzem einen Beitrag für das News and Views-Format in Nature Plants verfasst. In ihrem Artikel kommentieren sie eine Publikation von Dressano et al. zum alternativen Spleißen als eine fundamentale Art der Genregulation im pflanzlichen Abwehr-Signalsystem. Doch worum geht es konkret?

Über die Erkennung von PAMP-Strukturen durch membranständige Pattern Recognition Receptors (PRRs) aktivieren Pflanzen nach Pathogenbefall zunächst lokal begrenzte und erregerspezifische Immunantworten. Einen frühen Knotenpunkt der pflanzlichen Abwehr stellt dabei die membranlokalisierte BOTRYTIS-INDUCED KINASE 1 (BIK1) dar, die die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies und den Einstrom von Calcium-Ionen in das Zytosol forciert – beides sind wichtige Signale für die Ausbreitung des Immunsignals vom lokalen Inflammationsgeschehen zur systemischen Immunantwort. Die Aktivierung der lokalen und systemischen Immunreaktion ist für die Pflanze jedoch ein sehr energieaufwändiger Prozess, der aus diesem Grund unter strenger negativer Kontrolle steht. Das Schlüsselenzym BIK1 wird daher durch die CALCIUM-DEPENDENT PROTEIN KINASE 28 (CPK 28) und durch verschiedene E3-Ligasen in seinem Aktionsrahmen eingeschränkt. Die mit der Phosphorylierung gekoppelte Ubiquitinierung sorgt für einen ständigen Abbau von BIK1 und verhindert damit die Amplifizierung des Signals.

Dressano et al. haben die Relevanz dieses negativen Regulationsmechanismus für die lokale Immunantwort ausführlich untersucht und in ihrer Studie eine neue Komponente entdeckt. Wirthmüller und Romeis erweitern in ihrem Kommentar die Diskussion um den Aspekt, dass diese negative Regulation und deren Überwindung mechanistisch auch für die Signalweiterleitung in die gesamte Pflanze eine zentrale Rolle spielen könnte.

Zur Weiterleitung von Immunsignalen zwischen Zellen verfügt die Pflanze über ein Arsenal an endogenen Elizitorpeptiden (Peps), die gemeinsam mit ihren Pep-Rezeptoren (PepRs) ein interzelluläres Warnsystem bilden, das lokale Immunantworten amplifiziert und weiter entfernte Gewebe auf eine mögliche künftige Pathogenattacke vorbereitet. Wie das repressive Kontrollsystem von CPK28 und BIK1 ausgeschaltet wird, um eine Amplifikation des Signals zu ermöglichen, konnte nun von Dressano et al. näher beleuchtet werden.

In ihrer Studie demonstrieren die Autoren um Dressano, dass die Aktivierung der Pep-Rezeptoren zur Dephosphorylierung des IMMUNOREGULATORY RNA-BINDING PROTEINs (IRR) führt. IRR ist im Zellkern lokalisiert und an Prozessen des alternativen Spleißens beteiligt. Dephosphoryliertes IRR-Protein erzeugt nur noch unvollständig gespleißte mRNAs, was zum Funktionsverlust der entsprechenden Proteine führen kann. Bei der CPK28-mRNA – als ein Target-Transkript der IRR - führt das alternative Spleißen zum Verlust des für die Calcium-Bindung essentiellen EF-Hand-Motivs. Die so generierte verkürzte Isoform von CPK28 kann durch Calcium nicht mehr aktiviert werden und damit ihrerseits die BIK1 nicht mehr phosphorylieren. In der Folge wird BIK1 nicht mehr abgebaut und die Verstärkung des lokalen und Initiierung des systemischen Abwehrszenarios kann beginnen.

Alternatives Spleißen zu Intron-enthaltender mRNA und trunkierten Proteoformen von Schlüsselproteinen der Signalantwort scheint ein generelles Prinzip von Response-Amplifizierung zu sein und auch bei weiteren pflanzlichen Anpassungen, beispielsweise an Salzstress, eine Rolle zu spielen. Dressano et al., betonen Romeis und Wirthmüller, ebnen nun den Weg zum besseren Verständnis dieser komplizierten Regulationsnetzwerke.

News and Views-Artikel:
Wirthmueller, L., Romeis, T. Sp(l)icing up PepR signalling. Nat. Plants (2020). https://doi.org/10.1038/s41477-020-0708-1

Kommentierte Originalpublikation:
Dressano, K., Weckwerth, P.R., Poretsky, E. et al. Dynamic regulation of Pep-induced immunity through post-translational control of defence transcript splicing. Nat. Plants (2020). https://doi.org/10.1038/s41477-020-0724-1

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