Inhaltszusammenfassung:
Die zeitlich und räumlich geordnete Verteilung von Proteinen ist ein essentieller Prozess eukaryotischer Zellen. Proteine werden entweder durch Vesikeltransport, Reifung oder Fusion von Membranen zwischen verschiedenen Zellkompartimenten ausgetauscht. Hauptregulatoren der Membranen-Transportprozesse sind kleine GTPasen, ihre Austauschfaktoren (GEFs) und Effektoren.
Die ARF-GEFs BIG1-4 werden in dieser Arbeit als Hauptregulatoren des post-Golgi sekretorischen und vakuolären Vesikeltransportweges in Pflanzen identifiziert. Das post-Golgi Proteinrecycling ist im Gegensatz dazu nur von der Funktion GNOMs abhängig. Während der Zytokinese wir das Recycling durch den von BIG1-4 vermittelten Proteintransport ersetzt. Interessanterweise kann der Auxin Efflux Transporter PIN1 gleichzeitig recycelt und zur Zellplatte transportiert werden. Dies stellt vermutlich die korrekte Verteilung des Hormons Auxin während biologischen Prozessen mit hohen Zellteilungsraten sicher.
In tierischen Zellen wird die Endosomenreifung über den Austausch verschiedener RAB-GTPasen an der Membran reguliert. Pflanzliche, vakuoläre Transportprozesse basieren ebenfalls auf Endosomenreifung. In dieser Studie analysieren wir die konservierte Funktion der RAB-GEF Untereinheit SAND/MON1 im Austausch von RAB5 zu RAB7-ähnlichen GTPasen während des vakuolären Transports in Arabidopsis. Der RAB GTPasen Austausch wird in Pflanzen jedoch eher für die Fusion später Endosomen mit der Vakuole als für Endosomenreifung benötigt.
ARF GTPasen und ARF-GEFs sind die Hautregulatoren der Vesikelknospung. Es war lange Zeit nicht bekannt warum ARF-GEFs in vivo dimerisieren. Unsere Daten legen nahe, dass ARF-GEFs die Dimerisierung der GTPase ARF1 durch die Bindung zweier ARF1•GDP Moleküle an ein funktionales ARF-GEF Dimer vermitteln. Die ARF Dimerisierung spielt eine wichtige Rolle für die Vesikelbildung und scheint eine konservierte Eigenschaft der Eukaryoten sein.
Die Proteinsequenzen der zwei ARF-GEF Paraloge GNOM und GNL1 sind sehr ähnlich, aber die Proteinfunktionen unterscheiden sich. Wir zeigen hier, dass die GNOM DCB-Domäne zwei Funktionen erfüllt: zum einen vermittelt sie die Homodimerisierung GNOMs, verhindert aber zum anderen die Heterodimerisirung mit GNL1. Das funktionale Auseinanderhalten der zwei Proteine stellt möglicherweise sowohl die geregelte Sekretion als auch effizientes PIN1 Recycling während Entwicklungsstadien mit erhöhtem Proteintransport sicher.
