Marlene Handl (Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg)
Marlene Handl erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg im Jahr 2022 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft.
Titel: From ER to tonoplast: Targeting of VHA-a subunits and visualization of ERtonoplast membrane contact sites (dt. Übersetzung: “Vom ER zum Tonoplast: Targeting von VHA-a Untereinheiten und Visualisierung von ER-Tonoplast Membrankontaktstellen.“)
Obwohl die V-ATPase einer der häufigsten Proteinkomplexe am Tonoplasten ist, war bislang nicht bekannt, wie seine von der VHA-a-Untereinheit abhängige Sortierung innerhalb des Endomembransystems korrekt abläuft. Im Rahmen dieser Arbeit haben wir ein PLL Aminosäuresequenzmotiv identifiziert, das für das korrekte Targeting von A. thaliana VHA-a3 und M. polymorpha VHA-a an den Tonoplast notwendig ist.
Die Vakuole ist ein multifunktionales Organell, das bis zu 90 % des Volumens einer Pflanzenzelle einnimmt. Die meisten Funktionen der Vakuole erfordern einen Protonengradienten, der durch die Aktivität von Vacuolar-type H+-ATPasen (V-ATPase) und H+-Pyrophosphatasen (V-PPase) aufrechterhalten wird. Das Targeting von V-ATPase Komplexen wird durch die verschiedenen Isoformen der VHA-a Untereinheit bestimmt, die Teil des membranintegralen V0-Subkomplex ist. In A. thaliana sorgen VHA-a2 und VHA-a3 für die Lokalisierung am Tonoplast, während VHA-a1 die Protonenpumpe an das trans-Golgi Network/Early Endosome (TGN/EE) bringt (Dettmer et al., 2006). Vor Kurzem wurde in VHA-a1 eine samenpflanzenspezifische a1-Targeting-Domäne (a1-TD) identifiziert, die für das Targeting des V-ATPase Komplexes an das TGN/EE notwendig und ausreichend ist (Lupanga et al., 2020). Für VHA-a3 wird angenommen, dass es den Proteinkomplex über den COPII-unabhängigen provakuolären Weg zum Tonoplast schickt (Viotti et al., 2013; Lupanga et al., 2020). Da die a1-TD in VHA-a3 nicht konserviert ist, muss noch geklärt werden, ob diese Isoform ein Sortiersignal besitzt, das das Targeting des Membranproteins zum Tonoplasten steuert. In dieser Arbeit haben wir multiple Sequenzalignments, Site-Directed Mutagenesis und Live-Imaging eingesetzt, um ein PLL-Motiv zu identifizieren, das für das korrekte Targeting von VHA-a3 sowie für die „ursprüngliche“ VHA-a Isoform von M. polymorpha an den Tonoplast erforderlich ist. MpVHA-a und VHA-a3, die Mutationen in diesem Motiv aufweisen, wurden an das TGN/EE fehlsortiert. Wir vermuten außerdem, dass der Verlust dieses PLL-Motivs in VHA-a1 der erste Schritt zur Entwicklung einer TGN/EE-spezifischen VHA-a Isoform in Samenpflanzen war.
Dettmer, J., Hong-Hermesdorf, A., Stierhof, Y.D., and Schumacher, K. (2006). Vacuolar H+-ATPase activity is required for endocytic and secretory trafficking in Arabidopsis. Plant Cell 18: 715–730.
Lupanga, U., Röhrich, R., Askani, J., Hilmer, S., Kiefer, C., Krebs, M., Kanazawa, T., Ueda, T., and Schumacher, K. (2020). The Arabidopsis V-ATPase is localized to the TGN/EE via a seed plant-specific motif. Elife 9: 1–40.
Viotti, C. et al. (2013). The Endoplasmic Reticulum Is the Main Membrane Source for Biogenesis of the Lytic Vacuole in Arabidopsis. Plant Cell 25: 3434–3449.
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Marlene Handl fertigte die Arbeit am Department of Cell Biology am Centre for Organismal Studies (COS) Heidelberg in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Karin Schumacher unter der Betreuung von Prof. Dr. Karin Schumacher und Dr. Upendo Lupanga an.