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

01.05.2017 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-Funktionsverlustlinien. 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 RSNARE-
Familie ebenfalls mit K-Kanälen spezifisch interagieren. Die bisherige Forschung an RSNAREs
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 RSNARE-
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.