2022_02 Mikrotubuli-Motor als Pflanzenthermometer

Was war die Frage hinter dieser Arbeit? Der Klimawandel bedeutet nicht nur heiße und trockene Sommer, sondern auch, dass die Grenzen zwischen den Jahreszeiten immer mehr verschwimmen. Ein warmer März, gefolgt von einem frostigen April bedeuten oft große Verluste in Obst- und Weinbau. Wie können Pflanzen Kälte wahrnehmen und schnell darauf reagieren? In früheren Arbeiten (Xu et al. 2018, mehr...) haben wir einen sehr kuriosen Thermometer gefunden - ein Motorprotein, das in der Wärme an den Mikrotubuli entlangwandert, wenn sich diese durch die Kälte auflösen, wandert dieser Motor jedoch in den Zellkern. Was tut es dort?

Wie sind wir die Frage angegangen? Wir haben uns Reismutanten angeschaut, bei denen dieser Motor durch eine Mutation defekt war, untersucht, unter welchen Bedingungen das entsprechende Gen aktiv wird und dann das Protein in Bakterien hergestellt und geprüft, ob es gezielt Sequenzen auf der DNS erkennen kann. Am Ende wurde der Motor in Tabakzellen hochgeregelt und untersucht, wie sich dadurch die Reaktion der Gene auf Kältestress verändert.

Was kam heraus? Die Mutanten starben schon im Jugendstadium, was uns zwar verriet, dass der Motor wichtig war, aber nicht, wofür. Das Gen war während der Entwicklung vor allem in Geweben wichtig, bei denen die Zellen sich stark in die Länge streckten, was für ein Kinesin zu erwarten war. Am spannendsten waren die DNS-Bindungsversuche. Hier gelang es, ein spezifisches Motiv zu finden, an das dieser Motor band. Dieses Motiv war im Promotor des Cold Box Factor 4 zu finden, einem Schlüsselregulator für die Kälteanpassung. In der Tat zeigte sich, dass nach Überexpression des Motors in Tabakzellen diese Zellen kälteresistenter wurden und die Pegel von Cold Box Factor 4 heruntergeregelt waren. Wir schließen, dass dieser Mikrotubuli-Motor unter Kältestress sich von den Mikrotubuli ablöst, in den Zellkern einwandert und dort die Aktivität des Cold Box Factor 4 steuert, wodurch die Zelle sich an die Kälte anpassen kann.

Veröffentlichung 180. Xu A, Hummel S, Harter K, Kolukisaoglu U, Riemann M, Nick P (2022) The Minus-End-Directed Kinesin OsDLK Shuttles to the Nucleus and Modulates the Expression of Cold Box Factor 4. Int J Mol Sci 23, 629 - pdf