Emmy Noether Project: R-SNARE K-channel interactions in coordinating vesicle trafficking and ion transport

01.05.2013 bis 30.04.2018

Vesikeltransport wird durch ein komplexes Zusammenspiel von Protein-Protein-Interaktionen ermöglicht. Schlüssel dabei sind die sogenannten SNARE-Proteine. Sie erleichtern die eigentliche Membranfusion durch eine starke Interaktion ihrer jeweiligen SNARE-Motive, was die starken Dehydrierungskräfte von Lipid-Doppelschichten zu überwinden hilft. Membran und Vesikel verfügen über einen spezifischen Satz an SNAREs: Q- und R-SNAREs. Bis vor Kurzem konzentrierte sich das funktionale Verständnis von SNAREs auf deren anerkannte Rolle im Vesikeltransport. Eine neuartige Interaktion zwischen dem Q-SNARE SYP121 und der K-Kanal-Untereinheit KC1 in Arabidopsis thaliana hat unseren Blick auf SNAREs als allein für Membranfusionen zuständig herausgefordert. So zeigt die syp121-Mutante reduziertes Wachstum bei K-Mangel und kopiert damit den Phänotyp von K-Kanal-Funktions¬verlustlinien. Passend hierzu zeigen elektrophysiologische Experimente mit syp121 Wurzeln, dass diese ihren innengerichteten K-Strom verloren haben, was eine Regulation der Kanalaktivität, möglicherweise durch direkte Modulierung des Öffnungsmechanismus, nahelegt. Das Zentrum, das die Interaktion steuert, ist interessanterweise ein neues Motiv am N-Terminus von SYP121. Es liegt außerhalb bislang bekannter Domänen, die mit SNARE-Komplexbildung in Verbindung gebracht werden. Diese Ergebnisse erlauben das Aufstellen neuer Hypothesen in Bezug auf zusätzliche, nicht in Zusammenhang mit etablierter SNARE-Funktion stehenden Aufgaben.
Der vorliegende Antrag basiert auf unserer neuen Entdeckung, dass einige Mitglieder der R-SNARE-Familie ebenfalls mit K-Kanälen spezifisch interagieren. Die bisherige Forschung an R-SNAREs konzentriert sich auf deren Rolle im Vesikeltransport und zieht häufig Rückschlüsse aus der medizinischen Literatur. Pathogenabwehr und Zellteilung in Pflanzen sind in großem Maße abhängig von R-SNAREs und deren Funktionieren in Vesikelsteuerung und -transport. Eine Rolle von R-SNARE-K-Kanalinteraktionen wird einen alternativen Zugang zum Verständnis von SNAREs im Allgemeinen und deren Einfluß auf K-Kanalregulierung im Besonderen erlauben. Fragen, die im Aufgabenbereich dieses Antrages gestellt werden, sollten 1.) zu einem detailierten Verständnis des Mechanismus der Interaktion führen, 2.) Vesikel- und Ionentransport-bezogene Effekte der R-SNARE-K-Kanalinteraktion auflösen und 3.) funktionale Konsequenzen für Pflanzenwachstum und -entwicklung erklären. Welche R-SNAREs tatsächlich für eine Interaktion mit K-Kanälen in Frage kommen wird vermutlich einen genauen Einblick in den Mechanismus erlauben und zeigen, ob es sich dabei um eine zeitlich regulierte Abfolge der SNARE-Interaktionen oder einen Wettbewerb um die Bindung handelt. Das Aufklären des Mechanismus der SNARE-K-Kanalinteraktion als ein dynamischer Prozess, der Vesikel- und Ionentransport verbindet, wird vermutlich zu einem Paradigmenwechsel unseres Verständnisses von SNAREs führen.