IQ67 DOMAIN-Proteine koordinieren die Zellteilung.
IPB-Zellbiolog/innen haben gemeinsam mit Partnern aus Tübingen die Zellteilung in Arabidopsis näher beleuchtet. Sie fanden heraus, dass die Etablierung der prämitotischen Teilungsebene von Proteinen der IQ67 DOMAIN (IQD)-Familie beeinflusst wird. Ihre Studie erschien jüngst in Nature Plants. IQD-Proteine sind Calmodulin-bindende Faktoren, die zahlreiche Wachstums- und Entwicklungsprozesse regulieren. In Arabidopsis besteht die Proteinfamilie aus 33 Mitgliedern. Deren Funktionsaufklärung ist seit einigen Jahren erklärtes Ziel der AG Zelluläre Koordination unter der Leitung von Katharina Bürstenbinder. Erste Lokalisierungsstudien ließen eine Rolle von IQDs bei der Organisation des Zytoskeletts vermuten; die genaue Funktion der Proteine blieb jedoch bisher im Dunkeln.
Mit in-silico-Expressionsanalysen kamen die Hallenser Wissenschaftler nun drei eng verwandten Mitgliedern der Arabidopsis-IQD-Familie auf die Spur: IQD6, IQD7 und IQD8. Alle drei Proteine wurden in sich teilendem Gewebe der Wurzelspitze nachgewiesen. Mutanten der drei Gene sowie deren Doppel- und Tripel-Mutanten wiesen makroskopisch keine Unterschiede zu den Wildtyppflanzen auf. Mikroskopisch hingegen fand sich besonders bei den iqd8-Mutanten eine deutliche Häufung von unregelmäßig geteilten Zellen mit schrägen Zellwänden. Das Fazit der Wissenschaftler: IQD8 spielt eine vorherrschende Rolle bei der Kontrolle der Teilungsebene, während IQD6 und IQD7 möglicherweise redundant agieren.
Innerhalb der Zellen lokalisierte man IQD8 in der Nähe von Interphasen- und mitotischen Mikrotubuli-Netzwerken und in Membrannähe an der kortikalen Teilungsebene und Zellplatte. Im Vorfeld der Zellteilung zeigte sich die enge IQD-Mikrotubuli-Verzahnung besonders in der Präprophase – jenem Vorstadium der Mitose, in dem sich die Mikrotubuli zu einem dichten Ring um den Zellkern anordnen und das sogenannte Präprophasenband bilden. Sobald die Kernhülle sich auflöst, verschwindet das Präprophasenband wieder, hinterlässt aber molekulare Marker an der kortikalen Teilungsebene. Während der finalen Zytokinese assemblieren Mikrotubuli und bilden den Phragmoplasten, der sich beginnend von der Mitte der Mutterzelle zentrifugal ausdehnt und die Bildung der neuen Zellwandplatte zwischen den entstehenden Tochterzellen vermittelt. Sowohl am Präprophasenband als auch am Phragmoplasten - nicht aber an den Mikrotubuli des Spindelapparates - fanden die Hallenser Wissenschaftler IQD8-Proteine. Bei iqd678-Tripelmutanten zeigten sich während der Zellteilung schmale oder komplett fehlende Mikrotubuli am Präprophaseband sowie eine höhere Anzahl von gewellten und gekrümmten Phragmoblasten im Vergleich zu sich teilenden Wildtypzellen.
Als neue Interaktionspartner der IQDs identifizierten die Wissenschaftler die PHRAGMOPLAST ORIENTING KINESIN (POK)-Proteine und die PLECKSTRIN HOMOLOGY GTPase ACTIVATING (PHGAP)-Proteine. POKs sind Marker der Zellteilungsebene, die während der Prophase mit dem Präprophasenband kolokalisieren und während der gesamten Mitose an der kortikalen Teilungszone verbleiben. Sie sind essentiell für die Rekrutierung und Retention von anderen zytokinesespezifischen Proteinen, wie PHGAPs. Anhand dieser Befunde postulieren die Zellbiologinnen: Die IQD6-8-Proteine koordinieren die Entstehung der Teilungsebene, indem sie die Bildung des Präprophasenbands vermitteln und weitere Komponenten für den Aufbau von makromolekularen Komplexen rekrutieren. Dabei erweisen sich IQDs, POKs und PHGAPs als unabkömmlich für die korrekte Entstehung und Ausrichtung der Zellteilungszone.
Originalpublikation:
Pratibha Kumari, Pradeep Dahiya, Pantelis Livanos, Luise Zergiebel, Malte Kölling, Yvonne Poeschl, Gina Stamm, Arvid Hermann, Steffen Abel, Sabine Müller & Katharina Bürstenbinder IQ67 DOMAIN proteins facilitate preprophase band formation and division-plane orientation. Nat. Plants (2021). https://doi.org/10.1038/s41477-021-00923-z
Zu diesem Artikel ist zudem ein Kommentar von Andrei Smertenko in der Kategorie News & Views erschienen: https://www.nature.com/articles/s41477-021-00939-5
