RT Dissertation/Thesis
T1 Die Bedeutung von Aquaporinen und ihren Interaktionspartnern für die Zelltodregulation in Pflanzen
A1 Hoch,Tanja
WP 2012/02/23
AB Programmierter Zelltod (PCD, Apoptose) ist ein induziertes Selbstmordprogramm von Gewebezellen, das bei der Differenzierung und der Pathogenabwehr bei Pflanzen und Tieren von großer Bedeutung ist. BHRF1 (?BamHI fragment H rightward open reading frame no. 1?) ist ein Zelltod modulierendes Protein des Epstein-Barr Virus (EBV), einem humanen lymphotrophen Herpesvirus. Die Expression von BHRF1 in transgenen Pflanzen führte zur Bildung von Nekrosen. Weitere Experimente zeigten, dass BHRF1 assoziierte Nekrosen durch Stress, Seneszenz und Pathogenabwehr induziert werden. Die Durchsuchung einer Tabak cDNA-Bank mit dem Hefezweihybridsystem brachte zwei unterschiedliche Aquaporine als Interaktionspartner für BHRF1 hervor. Aquaporine wurden als Wasserkanäle in roten Blutkörperchen identifiziert, wurden aber auch in allen anderen Organismen gefunden. 
In den letzten Jahren traten vermehrt Hinweise auf, die zusätzlich zum Wassertransport der Aquaporine weitere Aktivitäten zuließen. Henzler und Steudle (2000) zeigten z. B. dass in der Alge Chara corallina Aquaporine als H2O2-Kanäle fungieren können. Weiterhin gab es Veröffentlichungen von Bienert und seinen Mitarbeitern (2006) wonach auch pflanzliche und tierische Aquaporine zum H2O2-Transport fähig sind. Da H2O2 und andere reaktive Sauerstoffspezies (ROS) schon lange als wichtige Signalsubstanzen im Rahmen der Pathogenabwehr in Pflanzen gelten, entstand dadurch zum ersten Mal eine logische Verknüpfung zwischen Zelltod und Aquaporinen. Deshalb war zu vermuten, dass es sich bei den im Hefezweihybridscreen identifizierten Aquaporine NtPIP2.2a, NtPIP2.2b und NtTIP1.1a um solche H2O2-Kanäle handelt. Es stellte sich heraus, dass diese Aquaporine in der Tat in Hefen als H2O2-Kanäle fungieren. Dabei konnte die H2O2-Sensitivität Aquaporin exprimierender Hefen durch die zusätzliche Expression von BHRF1 beeinflusst werden. BHRF1 ohne Transmembrandomäne (BHRF1deltaTMwt) führte zu einer erhöhten Sensitivität gegenüber H2O2 und somit zu verstärktem Zelltod. Auch in Nicotiana benthamiana konnte durch eine transiente Expression von Aquaporinen Nekrosen und somit Zelltod induziert werden. 
Durch gezielte Deletionen der Aquaporine konnte eine gemeinsame Bindedomäne für die Interaktion mit BHRF1 identifiziert werden. Diese besteht aus der konservierten Region, welche das 1. NPA-Motiv (?loop? B) enthält und die eine Hälfte der Pore bildet. Weitere Interaktionsstudien zeigten, dass BHRF1 mit den verschiedensten Aquaporinen, darunter das humane Aquaporin 1 (hAQP1) sowie Aquaporin 8 aus der Ratte (rAQP8) interagiert. BHRF1 bindet hierbei wahrscheinlich mit der alpha3-Helix an die konservierte NPA-Region der Aquaporine.
Auf der Suche nach pflanzlichen Interaktionspartnern von Aquaporinen wurde ein zelluläres Protein mit Homologie zu M20-Proteasen und Aminoacylasen isoliert. Auch dieses Protein bindet wie BHRF1 an die konservierte NPA-Domäne der Aquaporine. Während das zelluläre Substrat für dieses Protein noch nicht gefunden werden konnte, wurde in Nicotiana benthamiana eine interessante Entdeckung gemacht. Eine Ko-Expression der isolierten Aminoacylase mit NtTIP1.1a bzw. NtPIP2.2b führte zur Inhibierung des durch die Aquaporine induzierten Zelltods in Nicotiana benthamiana.

K1 Wasserstoffperoxid
K1 Reaktive Sauerstoffspezies
K1 Tabak
K1 Zelltod
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2012/677